فر آیندهای جوشکاری با پرتو الکترونی

اصول فرآیند جوشکاری با پرتو الکترونی فرآیند جوشکاری با پرتو الکترونی یک فرآیند اتصال ذوبی است که در طی آن قطعه کار توسط جریانی متراکم از الکترون های دارای سرعت بالا بمباران شده و کل انرژی جنبشی الکترون ها،در اثر برخورد با قطعه کار به حرارت تبدیل میشود. این حرارت موجب ذوب لبه های قطعات واتصال دو قطعه پس از انجماد می شود. این جوشکاری معمولا در یک محفظه خلا با استفاده از یک سیستم تولید و تمرکز پرتو الکترونی انجام میشود.

متغیرهای فرآیند

انرژی ورودی به قطعه کار ولتاژ شتاب دهنده چگالی توان جریان پرتو فاصله بین کاتد و آند سرعت جوشکاری فلز پر کننده

انرژی ورودی به قطعه کار

Energy input(H.I.P)[j/in] E.I/s P/s ولتاژ شتاب دادن پرتو جریان پرتو قدرت پرتو سرعت جوشکاری

ولتاژ شتاب دهنده

با افزایش ولتاژ شتاب دهنده نفوذ جوش افزایش می یابد.

چگالی توان

با افزایش ولتاژ وکاهش قطر پرتو ،چگالی توان افزایش می یابد. مقدار حرارت تولید شده در نقطه جوشکاری تابع چگالی توان است.

افزایش بیش از حد چگالی توان سبب بخار شدن فلزات می شود.

جریان پرتو

با افزایش جریان پرتو نفوذ جوش افزایش می یابد. شدت جریان با توجه به ولتاژ ورودی که با شدت پرتو ارتباط دارد تغییر می کند.

فاصله بین آند وکاتد

توان وشدت جریان پرتو در سطح قطعه کار می تواند با تغییر فاصله کاتد وآند تغییر یابد

سرعت جوشکاری

چنانچه سرعت جوشکاری افزایش یابد،پهنای گرده و همچنین نفوذ جوش کاهش می یابد.

فلز پر کننده

محیط جوشکاری

جوشکاری در خلا بالا جوشکاری در خلا متوسط جوشکاری بدون استفاده از خلا

تجهیزات فرآیند

ولتا‍ژ بالا ولتاژ پایین تجهیزات افزودن سیم جوش

اجزا ماشین جوشکاری پرتو الکترونی

یک تفنگ الکترونی که پرتو کنترل شده الکترونی تولید میکندیک محفظه خلا با تجهیزات و پمپ های مربوطه

یک دستگاه که پرتو را در امتداد خط اتصالحرکت می دهد یا قطعه کار رازیر تفنگ الکترونی جابه جا مینماید

تجهیزات ولتاژ بالا

ستون دید الکترون

ستون دید الکترون شامل تفنگ الکترونی ،چشمی الکترون و سیستم دید میباشد. تفنگ الکترونی خود شتاب دهنده است.

الکترونها از فیلمان تنگستن حرارتی یا کاتد تابش می یابند وبه صورت الکتروستاتیک توسط یک شبکه انحراف دهنده،به پرتو تبدیل میشود و توسط آند شتاب می یابند.

آند و دیگر اجزای زیر آن شامل قطعه کاردر پتانسیل زمین هستند.ولتاژ کاتد تا 150000ولت قابل تغییر است.بنابراین یک ولتاژ شتاب دهنده مثبت برای الکترون ها تولید می کند.جریان پرتو وابسته به ولتاژشتاب دهنده با کنترل خروجی ولتاژمورد نیاز برای شبکه شتاب دهنده کنترل می شود.

منبع قدرت

منبع قدرت با ولتاژ بالا در یک کابین جدا قرار دارد،اما کنترل ها در ایستگاه اپراتور قرار دارند. ولتاژ خطی در حالت عادی 440 ولت،سه فاز و 60 سیکل است،اما ولتاژ متناوب 220 ولت نیز می تواند استفاده گردد.

محفظه کار

جداره محفظه کار معمولا به منظور تمیز بودن و حداقل بودن عبور گاز از جداره آن از فولادهای زنگ نزن ساخته می شود ودر قسمت های از آن از سرب استفاده می شود تا از عبور پرتو ایکس جلوگیری شود.

یک پنجره با شیشه سربی در جلوی محفظه در منطقه دید اپراتورویک لامپ فلورسنت درونی برای روشن کردن قرار داده میشود.

ستون تفنگ الکترونی معمولا در مرکز محفظه قرار می گیرد ولی می تواند در یک انتها قرار گیرد.در ماشین می توان یک میز کار قرار داد که به صورت دستی یا اتوماتیک در جهت های x&y حرکت نماید.

تجهیزات ولتاژ پایین

واژه ولتاژ پایین یک واژه نسبی است و معمولا برای تجهیزاتی که در ولتاژ کمتر از60000ولت کار می کنند،به کار میرود.

تفنگ الکترونی در داخل محفظه قرار داده میشود و می تواند در طول محورها حرکت کند ودیواره فولادی محفظه برای ممانعت از تابش پرتوکافی است.

تجهیزات افزودن سیم جوش

تجهیزات اضافه کردن سیم جوش یا شبیه فرایند سیستم تغذیه سیم جوش در فرایند جوشکاری قوس تنگستن ساخته می‌شود یا اینکه به طور خاص جهت محفظه خلا طراحی می‌گردد. قطر سیم جوش عموما کوچک و 0.02 اینچ یا کمتر است. سیستم تغذیه سیم باید قابلیت تغذیه یکنواخت سیمهای با قطر کوچک را داشته باشد تا سیم را به طرف لبه‌ها وحوضچه مذاب کوچک هدایت نماید.

نکات تکنیکی فرآیند جوشکاری با پرتو الکترونی

الکترون دارای بار منفی است و بر اثر برخورد به قطعه ، بار منفی به نمونه انتقال می‌یابد. این بار منفی در قسمتهای مختلف دستگاه و نمونه می‌تواند باعث اثر دافعه بر پرتو شود.برای جلوگیری از این مشکل، نمونه و دستگاهها به اتصال زمین وصل می‌شوند.مسئله دیگر اثرات مغناطیسی است که باید کنترل شوند و قطعه از مغناطیس خالی شود تا موجب انحراف پرتو نگردد.

روش های آماده سازی در فرآیند جوشکاری با پرتو الکترونی

آماده‌سازی و سرهم کردن قطعه کار و قید و بندهای جوشکاری که شامل تمیزکازی و احتمالا مغناطیس‌زدایی ،پیشگرم کردن و خال جوش زدن می‌باشد. قرار دادن قطعه به همراه قید و بند درون محفظه خلا شروع تخلیه محفظه و سپس متمرکز شدن روی قطعه و تنظیم متغیرهای فرایند هم‌خط کردن راستای اتصال با راستای حرکت پرتو و انجام فرایند دادن فرصت کافی جهت سرد شدن قطعه و سپس وارد کردن هوا به محفظه و خارج کردن مجموع

مزایای جوشکاری با پرتو الکترونی

ایجاد جوشهای عمیق‌تر و باریک‌تر نسبت به روشهای قوسی حرارت ورودی کمتر به جوش در مقایسه با روشهای ذوبی دیگر(برای ایجاد حجم جوش ثابت) نسبت عمق به عرذض بالای جوش و عدم نیاز به جوشهای چند پاسه ناحیه متاثر از حرارت جوش باریک به علت تمرکز حرارتی بالای فرایند تمیزی فلز جوش به دست آمده به علت استفاده از خلا در فرایند امکان دست یابی به سرعت جوشکاری بالا ودر نتیجه سرعت تولید بالاتر بازدهی انرژی بالا(تا حدود 95درصد) پیچیدگی کم قطعه جوشکاری شده به علت تمرکز حرارتی بالای فرآیند

مزایای جوشکاری با پرتو الکترونی

9.عدم نیاز به عملیات حرارتی جدی قبل و بعد از فرآیند 10.امکان اتصال قطعات وآلیاژهای حساس به حرارت 11.امکان جوشکاری فلزات دیر گداز 12.امکان آب بندی با کیفیت بسیار بالا در اتصالات 13.سهولت کنترل فرآیند به صورت رایانه ای 14.امکان انجام فرآیند در طرح اتصال های گوناگون

15.عدم نیاز به سیم جوش(در اغلب موارد)و عدم نیاز به برطرف کردن سرباره واضافه های جوش

16.امکان جوشکاری قطعات بسیار ظریف مورد استفاده در صنایع الکترونیک و تجهیزات پزشکی وآزمایشگاهی

محدودیت های جوشکاری با پرتو الکترونی

قرار دادن قطعه در خلا در اثر برخورد پرتو الکترونی با سطح فلز پرتو ایکس تولید می شود و لذا نیاز به حفاظت در برابر این پرتو وجود دارد. به علت آنکه پرتو الکترونی شامل اجزای با بار منفی میباشد،وجود میدان های الکتریکی و مغناطیسی سر گردان باعث انحراف پرتو از مسیر اصلی طراحی شده می شود. عدم پایداری طولانی مدت پرتو تعمیر عیوب ایجاد شده در عمق قطعه در اتصال قطعات ضخیم مشکل است. قیمت بالای تجهیزات وکاربرد محدودتر نسبت به روش های قوسی

محدودیت های جوشکاری با پرتو الکترونی

7.نیاز به تمیز کاری قطعات به شکلی بسیار خوب برای آنکه از شکل گیری عیوبی مثل تخلخل در جوش جلوگیری شود. 8.ترکیدگی فلز جوش 9.وجود درز جوش و گرده جوش بسیار نازک در این فرآیند موجب حساسیت زیاد در برابر عیب ذوب ناقص می شود که ناشی از خطا در دنبال کردن صحیح درز اتصال توسط پرتو است. 10.چقرمگی کم در اغلب فولادها 11.نبود آزمون های غیر مخرب تدوین شده 12.حفره انتهای محل جوش 13.حساسیت شدید فرآیند به تغییرات جزیی متغییر های فرآیند

کاربرد های فرآیند جوشکاری با پرتو الکترونی

مهمترین فلزات وآلیاژهایی که با این روش جوشکاری می شوند عبارتند از:
برلیم
تیتانیم
زیر کونیم
مولیبدن
مهمترین صنایعی که از این فرآیند استفاده میکنند عبارتند از:
صنایع هوا فضا
صنایع هسته ای
صنایع الکترونیک و پزشکی
صنایع خودرو سازی