Термические электронно-лучевые технологии PRO-BEAM

электронно-лучевая сварка металл детали безопасность надежность точность

Описание

За 50 лет с момента открытия эффекта глубокого проплавления (в 1958 году) электронно-лучевая сварка перестала быть новой технологией; она получила широкое развитие и применение приблизительно на 7500 заводах по всему миру, половина из которых все еще функционируют. При этом за последние 10 лет были открыты новые возможности электронно-лучевой сварки (технологии pro-beam), основы которой хорошо известны; но в полной мере она могла быть разработана с помощью современных технических средств контроля. Это инновации, появившиеся в ходе ежедневного выполнения сварочных работ. Также постоянная потребность в обеспечении качества сварки и его документальной фиксации способствовали появлению инноваций, использующих специальные возможности электронного луча.

Казалось бы, однопроходная сварка, в результате которой происходит соединение компонентов от очень малых размеров, с глубиной провара около 0,1 мм, и до очень больших размеров, с глубиной провара до 200 мм в стали, хорошо известна.

Лишь немногие университеты осуществляют обучение будущих инженеров электронно-лучевой сварке. Как следствие, ощущается недостаток знания этого процесса в промышленности. Отчасти это обусловлено сложностью данной технологии. Используется классическое точное механическое оборудование в сочетании с вакуумной техникой, технологией, использующей высокое напряжение, постоянные магнитных потоков, технологии сверхскоростного управления и, наконец (последнее, но не менее важное), электронную оптику.

Достигаемая скорость сварки зачастую не может быть увеличена из-за применяемого материала. В связи с этим, современные концепции заключаются в достижении более короткого цикла за счет систематического исключения вспомогательных процессов, особенно разгрузки. Это достигается посредством установки загрузочных шлюзов на челночных, перемещающих и циклических механизмах. Кратчайшее время потока единичных изделий на данный момент составляет 5 секунд. Операция разгрузки большой камеры объемом 600 м3 занимает всего 30 минут. Если для выполнения сварного шва длиной 12 м и глубиной провара 100 мм требуется 80 минут, процесс электронно-лучевой сварки протекает в несколько раз быстрее аргонно-дуговой сварки или дуговой сварки под флюсом в несколько слоев.

За оптимизацию этого отвечает изготовитель оборудования. Но и операторы таких машин также должны быть осведомлены об их работе для понимания операций. Область работы оператора, сама электронно-лучевая сварка, имеет множество особенностей, частично относящихся к скорости процесса: вследствие быстрого самопогасания подавляется рост зерна, например, или образуется перенасыщенный твердый раствор. Особое преимущество заключается в возможности выполнения узких (а так же широких) параллельных швов, позволяющих изготовителю соединять готовые изделия с незначительным перекосом. Это позволит избежать выполнения предшествующих или последующих операций, например, выравнивания. Возможность использовать электронно-лучевую сварку для соединения различных материалов позволяет рационально сочетать дешевые и дорогостоящие материалы с достижением требуемой функциональности.

Иллюстрации

Спецификация

Концепция гибкой электронно-лучевой установки для обработки крупных деталей весом до 50 тонн

1

внутренние размеры камеры:

длина 14,0 m

ширина 6,9 m

высота 6,9 m

2

объём камеры: 630 m³

3

макс. размер детали радиально 5,5 m аксиально 6,0 m

4

высота над столом: 6,0 m

5

макс. Вес изделия: 50 тонн

6

время откачки до достижения вакуума сварки: < 30 минут

Технические данные электронно-лучевой установки в 630 m³

1

мощность луча: 40 kW ускоряющее напряжение: 80 kV

2

импульсный многолучевой способ время созд. вакуума 2x10 -3 mbar: 24 мин.

3

CCD-камера по ходу луча, 4 камеры по углам и электронно-оптический просмотр «он-лайн»-система слежения шва

4

приспособления вращения для аксиальных и радиальных швов

5

транспортные паллеты на воздушных подушках для смены приспособления крепления изделия

Универсальная ЭЛ-сварочная установка у EADS в Бремене. Технические данные:

1

объём рабочей камеры: 45 m3

2

объём заправочной камеры: 10 m3

3

внутренняя дверь вакуума

4

два ЭЛ-генератора (горизонт. & верт. расположение)

5

смещение ЭЛ-генератора (вертикальное движение 600 mm)

6

3 CCD видеокамеры

7

ускоряющее напряжение: 140 kV

8

мощность: 15 kW

9

вакуум процесса: 5 x 10-5 mbar

Система для ЭЛ-сварки острия сердечника крестовины стрелочного перевода. Технические данные:

1

камера с двумя горизонт. ЕЛ-генераторами

2

длина рабочей камеры: 13 m

3

мощность: 15 kW, ускоряющее напряжение: 80 kV

4

общая длина: ca. 60 m x 20 m

Модернизация K230.

Технические данные:

1

объём рабочей камеры: 23 m3

2

вакуум процесса: 7 x 10-4 mbar

3

время создания вакуума < 15 Minuten

4

ускоряющее напряжение: 150 kV

5

мощность генератора: 30 kW

6

число механических осей CNC:

установка: 2 (3)

приспособление: 2

число CNC-осей луча: 6

Особенности:

Off-line-поиск шва электронной оптикой

специальное приспособление для эффективного

манипулирования деталью

Опыт применения технологии

Audi (сварка блока цилиндров ДВС 4 и 6 цилиндров)
Bosh (сварка датчиков 2 установки)
Volkswagen (сварка деталей передачи 8 поточных линий)
Audi (переплавка распределительных валов 4 установки)

Преимущества

  • более высокие значения твердости и износостойкости по сравнению со всеми остальными способами прокаливания;
  • минимальная деформация детали;
  • предупреждение трещин при сварке закаленной стали (система запатентована фирмой pro-beam);
  • гибкость при конструировании;
  • высокоточные, воспроизводимые результаты прокаливания;
  • полностью автоматизированная сварка компонентов приводных агрегатов;
  • полностью дигитализированный просмотр;
  • онлайн-контроль процесса электронного луча;
  • полная автоматизация юстировки луча - автокалибровка (исключение ошибок оператора, улучшенная воспроизводимость, сниженние затрат на обучение);
  • повышенная безопасность производства;
  • при чрезвычайно малых расстояниях между краями можно производить сварные швы большой глубины;
  • сварка окончательно обработанных деталей.