Các biến quy trình chính trong EBW
Bài viết này đưa ra ánh sáng dựa trên bốn biến quy trình chính trong Hàn chùm tia điện tử (EBW). Các biến quá trình là: 1. Gia tốc điện áp 2. Công suất chùm 3. Kích thước điểm chùm 4. Tốc độ hàn.
Biến quy trình # 1. Điện áp tăng tốc:
Với sự gia tăng điện áp tăng tốc, sự xâm nhập của mối hàn tăng lên. Hệ thống điện áp cao (70-150 Kv) cho phép kích thước điểm nhỏ hơn, tiêu cự dài hơn và khoảng cách làm việc lớn hơn. Do đó, đối với khoảng cách làm việc của súng dài hoặc sản xuất các mặt hẹp, song song, các điện áp gia tốc phải được tăng lên để có được độ dài tiêu cự tối đa, Hình 14.6. Điều này là do khi tăng điện áp tăng tốc, dòng tia cần thiết cho một cài đặt công suất nhất định sẽ giảm theo tỷ lệ.
Do đó, với ít electron hơn trong chùm để đẩy nhau, một chùm hẹp hơn được hình thành theo mối quan hệ sau:
Tuy nhiên, đối với hệ thống điện áp cao, súng có xu hướng dài hơn và yêu cầu cách điện cao áp, điều bắt buộc là súng phải được giữ cố định và công việc được di chuyển theo nó.
Đối với cùng công suất chùm tia nhưng điện áp gia tốc thấp hơn, khoảng cách làm việc có xu hướng ngắn hơn và các chùm hội tụ nhiều hơn. Một khẩu súng như vậy, nếu được giữ cố định, sẽ chỉ huy khu vực làm việc nhỏ hơn, do đó chúng thường được thiết kế để di chuyển xung quanh một công việc đứng yên được giữ trong buồng chân không.
Biến quy trình # 2. Công suất chùm tia:
Động năng của mỗi electron được cho bởi ½mv 2 nhưng v, nghĩa là tốc độ electron tỷ lệ với căn bậc hai của điện áp gia tốc nên năng lượng của mỗi electron tỷ lệ thuận với điện áp gia tốc. Vì số lượng electron đến trên một đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với dòng điện chùm, công suất chùm tia có thể được biểu thị theo sản phẩm của điện áp gia tốc và dòng điện chùm, tính bằng watt. Khi dòng tia được tăng lên, sự thâm nhập của mối hàn cũng tăng lên. Công suất chùm tia chia cho diện tích điểm chùm trên bề mặt làm việc cho mật độ năng lượng và có thể cao tới 5 x 10 9 W / mm 2 .
Sản lượng nhiệt từ chùm electron có điện áp gia tốc 120 KV và cường độ dòng điện 12, 5 mA có thể được tính như sau:
Do đó, khi va chạm với bề mặt làm việc 1507 joules mỗi giây được giải phóng dưới dạng năng lượng nhiệt với đường kính điểm chùm tia là 2, 5 mm; năng lượng này có khả năng chữa lành vonfram dày 6 mm ở 17000 ° C / giây. Về mặt lý thuyết, đường kính chùm tia giảm 0, 25 mm có thể mang lại tốc độ gia nhiệt gấp một trăm lần. Mặc dù một phần năng lượng nhiệt bị mất do dẫn nhiệt, hóa hơi và tổn thất bức xạ nhưng công suất chỉ định đủ cao để tính tỷ lệ chiều rộng xuyên qua mối hàn cao thu được bằng chùm tia điện tử.
Các đơn vị EBW có thể có xếp hạng công suất từ 1, 25 đến 60 kw nhưng phạm vi phổ biến hơn là 3 đến 35 kw. Các đơn vị này được thiết kế để cung cấp một điện áp đầu ra cụ thể và dòng điện chùm như trong bảng 14.2.
Ảnh hưởng của dòng tia tới độ sâu thâm nhập đối với thép không gỉ loại 302 được hàn ở tốc độ di chuyển 11 -25 mm / giây được thể hiện dưới dạng chức năng tăng tốc điện áp trong hình, 14.7.
Hình 14.7 Ảnh hưởng của dòng tia tới sự xâm nhập của mối hàn
Biến quy trình # 3. Kích thước điểm chùm:
Kích thước điểm chùm trên công trình là một yếu tố quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chiều rộng của mối hàn cũng như mật độ năng lượng và do đó tỷ lệ thâm nhập-chiều rộng. Tùy thuộc vào điện áp gia tốc và dòng điện chùm, kích thước điểm chùm trong khoảng từ 0-1 đến 0-5 mm có thể đạt được. Tuy nhiên, không dễ để có được kích thước điểm nhỏ như vậy.
Điều này là do các electron trong chùm tia chuyển động với các vận tốc khác nhau và trong quá trình chúng đi qua thấu kính điện từ, chúng phải chịu một hiệu ứng tương tự như quang sai hình cầu trong một thấu kính quang học. Do đó, hình nón bên ngoài của các tia được tập trung gần hơn các tia trục vì độ gần của chúng với các mảnh cực trong thấu kính từ nơi cường độ trường cao hơn.
Mặc dù điện áp cao và dòng chùm thấp có kích thước điểm nhỏ nhưng rất khó để có được chùm điện tử dài, hẹp, đậm đặc và tập trung tốt để hàn. Ngoài ra, do sự quay của chùm tia trong quá trình truyền qua thấu kính từ, bất kỳ sự bất đối xứng nào cũng bị xoay theo một cách khó lường và rắc rối theo những thay đổi về tiêu cự và khoảng cách làm việc.
Hình 14.8 Ảnh hưởng của chùm tia tập trung vào hình học hạt và sự thâm nhập
Một điểm chùm tia tập trung mạnh dẫn đến mật độ nhiệt hiệu quả tối đa, do đó nó tạo ra một mối hàn song song hẹp. Làm mờ chùm tia bằng cách tập trung quá mức hoặc quá tập trung làm tăng kích thước điểm trên bề mặt làm việc dẫn đến hạt hàn hình chữ V hoặc nông; những hiệu ứng này được thể hiện trong hình 14.8.
Biến quy trình # 4. Tốc độ hàn:
Đối với một mức công suất chùm tia nhất định, tốc độ hàn có ảnh hưởng rõ rệt đến sự thâm nhập ở tốc độ di chuyển thấp như trong hình 14.9; tuy nhiên khi tốc độ được tăng lên, ảnh hưởng của nó đối với sự thâm nhập sẽ giảm đi. Chiều rộng mối hàn cũng giảm khi tốc độ di chuyển tăng.
Đối với EBW, biểu thức thường được chấp nhận cho tốc độ đầu vào năng lượng cho công việc là joules trên mỗi mm chiều dài của mối hàn như được biểu thị bởi phương trình,
Năng lượng đầu vào, J / mm = VI / S = P / S, (14.2)
Ở đâu,
I = dòng điện chùm, ampe
P = công suất chùm tia, watts hoặc joule / giây
S = tốc độ hàn, mm / giây-
Các biến EBW có thể được nội suy bằng đồ họa bằng cách sử dụng phương trình (14.2) kết hợp với dữ liệu có sẵn để hàn các độ dày khác nhau của kim loại. Hình 14.10 cho thấy một dữ liệu như vậy dựa trên các điều kiện được thiết lập cho một số hợp kim thường được hàn bởi quy trình này. Các biểu đồ như vậy rất hữu ích để xác định yêu cầu cho các cài đặt ban đầu về công suất và tốc độ di chuyển để hàn một hợp kim cụ thể có độ dày nhất định.
Hình 14.10 Mối quan hệ giữa công suất, tốc độ hàn và độ dày vật liệu đối với các mối hàn xuyên thấu hoàn toàn bởi EBW trong các vật liệu khác nhau.
