» » » Променеві джерела енергії

Променеві джерела енергії

Променеві джерела енергії використовують при зварюванні електронним променем, лазерної зварюванні і світловий зварюванні. При зварюванні електронним променем носієм енергії є електрони, при лазерної та світлової - фотони.

Характерною ознакою для променевих джерел є висока щільність енергії в плямі нагріву, яка досягається концентрацією потоку енергії за допомогою спеціальних фокусирующих пристроїв.

Площа нагріву електронним променем може бути в порівнянні з газовим полум'ям і дугою в 1000 разів менше, при щільності енергії в 1000 разів більшою. При використанні фотонного променя ця різниця ще більша. Висока щільність енергії в малому плямі нагріву визначає основні переваги при зварюванні електронним променем і лазером - вигідну форму проплавления (ножова, кинджальний) і можливість отримання прецизійних з'єднань. Разом з тим при зварюванні глибоко впровадженим променем виникають додаткові труднощі: велика небезпека пір і гарячих тріщин, коливання глибини проплавлення і підрізи.

Електронний промінь. Електронний промінь - потік електроновг, що випускаються одним джерелом і рухаються по близьким траєкторіях в певному напрямку. Сутність процесу зварювання електронним променем у вакуумі полягає у використанні кінетичної енергії електронів. При бомбардуванні електронами поверхні металу переважна частина їх кінетичної енергії перетворюється в теплоту, яку і використовують для розплавлення металу.

Електронний промінь створюється в спеціальному приладі - електронної гармати (рис. 10), за допомогою якої отримують вузькі електронні пучки з великою щільністю енергії, гармата має катод, який може нагріватися до високих температур. Катод розміщений всередині прікатодном електрода. На деякій відстані від катода знаходиться прискорює електрод (анод) з отвором. Електрони, що виходять з катода, фокусуються за допомогою електричного поля між прікатодном і прискорює електродами в пучок з діаметром, рівним діаметру отвору в аноді. Позитивний потенціал прискорює електрода може досягати декількох десятків тисяч вольт, тому електрони, що випускаються катодом, на шляху до анода набувають значну швидкість і енергію. Харчування гармати електричною енергією здійснюється від високовольтного джерела постійного струму.

Променеві джерела енергії

Мал. 1. Схема установки для зварювання електронним променем

Для збільшення щільності енергії в промені після виходу електронів з першого анода електрони фокусуються магнітним полем в спеціальній магнітній лінзі 4. Сфокусовані в щільний пучок летять електрони вдаряються з великою швидкістю про малу, різко обмежену майданчик (пляма нагріву) на виробі 6 при цьому кінетична енергія електронів, внаслідок гальмування перетворюється в теплоту, нагріваючи метал до дуже високих температур. Для переміщення променя по зварювального виробу на шляху електронів поміщають магнітну відхиляє систему, що дозволяє встановлювати промінь точно по лінії стику.

Потужність електронного променя може досягати дуже великих величин, що робить його перспективним для зварювання великої товщини (200-500 мм). можливість високої концентрації енергії при використанні малої потужності дозволяє зварювати електронним променем вироби мікроелектроніки.

Основні параметри режиму електронно-променевого зварювання - сила струму, напруга електронного променя, швидкість зварювання. Прискорює напруга і сила струму променя визначають потужність джерела енергії.

При імпульсному режимі електронно-променевого зварювання тепловиділення додатково регулюють частотою і тривалістю зварювальних імпульсів. Ефективний к. П. Д. Електронно-променевого нагріву змінюється в межах 07-09.

Лазерний промінь. При лазерної 'зварюванні для місцевого розплавлення з'єднуються частин використовують енергію світлового променя отриманого від оптичного квантового генератора-лазера. По виду активної речовини-випромінювача лазери поділяють на тверді, газові, рідинні і напівпровідникові, за принципом генерації лазерного променя - імпульсні і безперервні.

Сутність отримання лазерного променя полягає в наступному. За рахунок накачування зовнішньої енергії (електричної, світловий, теплової, хімічної промисловості) атоми активної речовини випромінювача переходять в збуджений стан. Через деякий проміжок часу збуджений атом може випромінювати отриману енергію у вигляді фотона і повернутися в початковий стан. Фотон являє собою елементарну частинку, порцію світла, що володіє нульовою масою спокою і рухається зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі. Фотони виникають (випромінюються) в процесах переходу атомів, молекул, іонів і атомних ядер з збуджених станів в більш стабільні стани з меншою енергією. При певній мірі збудження відбувається лавиноподібне перехід збуджених атомів активного речовини-випромінювача в більш стабільний стан. Це створює когерентне, пов'язане з порушенням, світлове монохроматичне випромінювання, яке посилюється в випромінювачі багатократним віддзеркаленням від його стінок і випускається у вигляді вузького спрямованого пучка. Таким чином, створюється лазерний промінь - монохроматичний спрямований потік фотонів. В даний час для зварювання використовують твердотільні і газові лазери. У сучасних твердотільних лазерах в якості активного елементу використовують оптичне скло з домішкою неодиму та інших рідкоземельних елементів. Це дозволяє підвищити вихідну потужність випромінювання. Твердотільні лазери працюють в імпульсному режимі. Схема загального компонування твердотільної лазерної зварювальної установки приведена на рис. 2.

Установка складається з робочого тіла, лампи накачування, що забезпечує світлову енергію для збудження атомів активного речовини-випромінювача. Отримане випромінювання фокусується і. направляється за допомогою оптичної системи на виріб, що зварюється. Потужність твердотільних лазерів невелика - 0015-2 кВт. Газові лазери мають більш високою вихідною потужністю, працюють в безперервному і імпульсному режимах і за своїми технологічними можливостями стають конкурентно-здатними з електронно-променевою зваркою.

Перевагами лазерного променя є можливість передачі енергії на великі відстані неконтактним способом, зварювання через прозорі оболонки, так як для світлових променів прозорі середовища не служать перешкодами, отримання якісних з'єднань на металах, особливо чутливих до тривалого дії теплоти, зварювання на повітрі, в захисній атмосфері, вакуумі. Основний недолік лазерного джерела енергії низькі значення к. П. Д. Установок, висока вартість обладнання, недостатня потужність серійного обладнання.

Світловий промінь. В установках для зварювання і пайки світловим променем можна використовувати такі джерела випромінювання, як сонце, вугільна дуга, дугові газорозрядні лампи і лампи розжарювання. Для технологічних цілей найбільш перспективні і зручні випромінювачі - дугові ксенонові лампи надвисокого тиску. Дугова ксенонова лампа є кульової балон з оптично прозорого кварцу з поміщеними в нього двома вольфрамовими електродами. Тиск ксенону в лампі в неробочому стані досягає 1 МПа.

Променеві джерела енергії

Мал. 2. Загальна компоновка лазерної установки

У системах, які використовуються для зварювання світловим променем, концентрація енергії в плямі нагріву досягає 103 Вт /см2 і може бути збільшена при застосуванні спеціальних лінз і відбивачів.

Область раціонального застосування процесу - приладобудування.



Схожі публікації по темі: