EBW'deki Ana İşlem Değişkenleri

Bu makale, Electron Beam Welding (EBW) 'deki dört ana proses değişkenine ışık tutuyor. Proses değişkenleri şunlardır: 1. Voltajı Hızlandırmak 2. Beam Gücü 3. Beam Spot Büyüklüğü 4. Kaynak Hızı.

Proses Değişkeni # 1. Voltajı Hızlandırmak:

Hızlanma gerilimindeki artışla kaynağın nüfuzu artar. Yüksek voltaj sistemi (70-150 Kv) daha ince nokta boyutları, daha uzun odak uzaklığı ve daha fazla çalışma mesafesi sağlar. Bu nedenle, uzun çalışma tabanca mesafeleri veya dar paralel kenarların üretimi için, maksimum odak uzaklığı elde etmek için hızlanma gerilimlerinin arttırılması gerekir, Şekil 14.6. Bunun nedeni, hızlanma voltajı arttığında, belirli bir güç ayarı için ihtiyaç duyulan ışın akımının orantılı olarak azalmasıdır.

Böylece, kiriş içinde birbirlerini itecek daha az sayıda elektron olduğunda, aşağıdaki ilişkiye göre daha dar bir kiriş oluşur:

Bununla birlikte, yüksek voltaj sistemi için tabancalar daha uzun olma eğilimindedir ve yüksek voltaj yalıtımı gerekliyse, tabancanın sabit tutulması ve işin altına alınması şarttır.

Aynı ışın gücü ancak daha düşük hızlanma voltajı için çalışma mesafesi daha kısa ve kirişler daha yakınsak olma eğilimindedir. Böyle bir silah, sabit tutulursa, daha küçük çalışma alanına kumanda eder, bu nedenle bunlar genellikle vakum odasında tutulan sabit bir iş etrafında hareket ettirilmek üzere tasarlanır.

Proses Değişkeni # 2. Işın Gücü:

Her elektronun kinetik enerjisi 2mv2 tarafından verilir ancak v, yani, elektron hızı, hızlanan voltajın karekökü ile orantılıdır, böylece her elektronun enerjisi, hızlanan voltaj ile orantılıdır. Birim zaman başına gelen elektron sayısı, ışın akımıyla doğru orantılı olduğundan, ışın gücü, hızlanan voltajın ve ışın akımı olan, yani watt cinsinden ifade edilebilir. Kiriş akımı arttıkça, kaynağın penetrasyonu da artar. Çalışma yüzeyindeki ışın spot alanı ile bölünen ışın gücü, enerji yoğunluğunu verir ve 5 x 10 ⁹ W / mm2 kadar yüksek olabilir.

120 KV hızlanma voltajına ve 12.5 mA ışın akımına sahip bir elektron ışınının ısı çıkışı aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:

Bu nedenle, çalışma yüzeyi ile çarpma anında saniyede 1507 joule, 2, 5 mm'lik bir kiriş spot çapına sahip ısı enerjisi olarak salınır; Bu enerji, 17000 ° C / sn'de 6 mm kalınlığında tungsten şifa verebilir. 0, 25 mm'lik bir azaltılmış kiriş çapı teorik olarak ısıtma oranında yüz kat artış sağlayabilir. Isı enerjisinin bir kısmı iletim, buharlaşma ve radyasyon kaybı nedeniyle kaybolsa da, belirtilen güç elektron ışınlarıyla elde edilen yüksek kaynak penetrasyon-kaynak genişlik oranını hesaba katacak kadar yüksektir.

EBW üniteleri 1, 25 ila 60 KW'lık güç oranlarına sahip olabilir, ancak daha yaygın olan aralık 3 ila 35 KW'tır. Bu üniteler, tablo 14.2'de gösterildiği gibi belirli bir çıkış voltajı ve ışın akımı verecek şekilde tasarlanmıştır.

Kiriş akımının 11 -25 mm / sn'lik bir hareket hızında kaynaklanmış tip 302 paslanmaz çelik için penetrasyon derinliği üzerindeki etkisi, Şekil 14.7'de voltajın hızlanmasının bir fonksiyonu olarak gösterilmiştir.

Şekil 14.7 Kiriş akımının kaynak penetrasyonuna etkisi

Proses Değişkeni # 3. Kiriş Noktası Boyutu:

Çalışmadaki kiriş spot büyüklüğü, kaynağın genişliğini ve aynı zamanda enerji yoğunluğunu etkilediği ve böylece genişliğe oranını geçtiği için önemli bir faktördür. Hızlanma voltajına ve ışın akımına bağlı olarak, 0-1 ila 0-5 mm çaplı ışın spotu boyutuna ulaşmak mümkündür. Bununla birlikte, bu gibi küçük nokta boyutlarını elde etmek kolay değildir.

Bunun nedeni, ışın demetindeki elektronların farklı hızlarda hareket etmeleri ve elektromanyetik lensler boyunca geçişleri sırasında optik lenslerdeki küresel sapmaya benzer bir etkiye sahip olmalarıdır. Böylece, ışınların dış konisi, alan kuvvetinin daha yüksek olduğu manyetik mercekteki kutup parçalarına olan yakınlıklarından dolayı eksenel ışınlardan daha yakın odaklanır.

Her ne kadar yüksek voltaj ve düşük ışın akımı küçük bir nokta boyutunu tercih etse de kaynak için istenen uzun, dar yoğun ve ince odaklanmış elektron ışınını elde etmek çok zordur. Ayrıca, ışının manyetik mercek boyunca geçişi sırasında dönmesi nedeniyle, herhangi bir asimetri, odak ve çalışma mesafesindeki değişikliklere göre öngörülemeyen ve zahmetli bir şekilde döndürülür.

Şekil 14.8 Odaklanan ışığın boncuk geometrisi ve penetrasyona etkisi

Keskin odaklanmış bir kiriş noktası, maksimum etkili ısı yoğunluğuyla sonuçlanır, bu nedenle dar bir paralel taraflı kaynak üretir. Kirişin fazla netleme veya az netleme ile odaklanması, çalışma yüzeyindeki nokta boyutunu artırarak sığ veya Vee şeklinde bir kaynak boncukuyla sonuçlanır; bu etkiler Şekil 14.8'de gösterilmektedir.

Proses Değişkeni # 4. Kaynak Hızı:

Belirli bir ışın gücü seviyesi için, kaynak hızı, Şekil 14.9'da gösterildiği gibi düşük hareket hızlarında penetrasyon üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir; ancak hız arttıkça penetrasyon üzerindeki etkisi azalmaya devam eder. Kaynak genişliği, hareket hızındaki artışla da azalır.

EBW için, işe enerji girişi için yaygın olarak kabul edilen ifadeyi, denklemde ifade edildiği şekilde mm kaynak uzunluğu başına joule,

Enerji girişi, J / mm = VI / S = P / S …… (14.2)

nerede,

I = ışın akımı, amper

P = ışın gücü, watt veya joule / sn

S = kaynak hızı, mm / sn

EBW değişkenleri, farklı metal kalınlıklarının kaynaklanması için mevcut verilerle birlikte denklem (14.2) kullanılarak grafiksel olarak enterpolasyonlanabilir. Şekil 14.10, bu işlem tarafından daha sık kaynak yapılan alaşımların bazıları için oluşturulan koşullara dayanan böyle bir veriyi gösterir. Bu tür grafikler, belirli bir kalınlıktaki belirli bir alaşımın kaynaklanması için başlangıç güç ve hareket hızı ayarları gereksinimini belirlemek için faydalıdır.