Hoofdprocesvariabelen in EBW

Dit artikel werpt licht op de vier belangrijkste procesvariabelen in Electron Beam Welding (EBW). De procesvariabelen zijn: 1. Versnellende spanning 2. Straalvermogen 3. Straal Puntmaat 4. Lassnelheid.

Procesvariabele # 1. Versnellingsspanning:

Met de toename van de versnellingsspanning neemt de penetratie van de las toe. Hoogspanningssysteem (70 - 150 Kv) zorgt voor fijnere spotgrootten, langere brandpuntsafstand en grotere werkafstanden. Voor lange afstanden tussen kanonnen en de productie van smalle parallelle lassen aan de zijkanten moeten de versnellingsspanningen dus worden verhoogd om een ​​maximale brandpuntsafstand te verkrijgen, Fig. 14.6. Dit komt omdat wanneer de versnellingsspanning wordt verhoogd, de bundelstroom die nodig is voor een gegeven vermogensinstelling in verhouding afneemt.

Dus met minder elektronen in de bundel om elkaar af te stoten, wordt een smallere straal gevormd volgens de volgende relatie:

Voor hoogspanningssystemen zijn de pistolen echter meestal langer en is een hoogspanningsisolatie vereist. Het is daarom absoluut noodzakelijk dat het pistool stationair wordt gehouden en dat het werk eronder beweegt.

Voor hetzelfde bundelvermogen maar een lagere versnellingsspanning is de werkafstand meestal korter en de bundels convergenter. Een dergelijk kanon, indien stationair gehouden, zou een kleiner werkgebied besturen, dus deze zijn vaak ontworpen om te worden verplaatst rond een stationair werk dat in de vacuümkamer wordt gehouden.

Process Variable # 2. Beam Power:

De kinetische energie van elk elektron wordt gegeven door ½mv 2 maar v, dat wil zeggen dat de elektronensnelheid evenredig is met de vierkantswortel van de versnellingsspanning, zodat de energie van elk elektron evenredig is met de versnellingsspanning. Aangezien het aantal elektronen dat per tijdseenheid arriveert recht evenredig is met de bundelstroom, kan het bundelvermogen worden uitgedrukt in termen van het product van de versnellingsspanning en de bundelstroom, dat wil zeggen in watt. Naarmate de bundelstroom toeneemt, neemt ook de penetratie van de las toe. Het bundelvermogen gedeeld door het bundelspotgebied op het werkoppervlak geeft de energiedichtheid en die kan zo hoog zijn als 5 x 10 9 W / mm 2 .

De warmteafgifte van een elektronenstraal met een versnellingsspanning van 120 KV en een bundelstroom van 12, 5 mA kan als volgt worden berekend:

Daarom wordt bij impact op het werkoppervlak 1507 joules per seconde vrijgegeven als warmte-energie met een bundelvlekdiameter van 2, 5 mm; deze energie is in staat om 6 mm dik wolfraam te helen bij 17000 ° C / sec. Een gereduceerde bundeldiameter van 0, 25 mm kan theoretisch een honderdvoudige toename in de verhittingssnelheid opleveren. Hoewel een deel van de warmte-energie verloren gaat door geleiding, verdamping en stralingsverliezen, maar het aangegeven vermogen is voldoende hoog om rekening te houden met de hoge laspenetratie-naar-las breedte verhouding verkregen met elektronenstralen.

De EBW-eenheden kunnen vermogensratings hebben van 1, 25 tot 60 KW, maar het meest gebruikelijke bereik is 3 tot 35 KW. Deze eenheden zijn ontworpen om een ​​bepaalde uitgangsspanning en bundelstroom te geven, zoals weergegeven in tabel 14.2.

Het effect van bundelstroom op penetratiediepte voor type 302 roestvrij staal gelast met een rijsnelheid van 11 -25 mm / sec wordt getoond als een functie van de versnellingsspanning in Fig. 14.7.

Fig. 14.7 Effect van bundelstroom op laspenetratie

Procesvariabele # 3. Beam Spot Size:

De afmeting van de bundelvlek op het werk is een belangrijke factor omdat deze de breedte van de las beïnvloedt, evenals de energiedichtheid en dus de verhouding tussen penetratie en breedte. Afhankelijk van de versnellingsspanning en de bundelstroom is een bundelvlekgrootte tussen 0-1 tot 0-5 mm diameter mogelijk om te bereiken. Het is echter niet eenvoudig om dergelijke kleine spotgroottes te verkrijgen.

Dit komt omdat de elektronen in de bundel met verschillende snelheden bewegen en tijdens hun passage door de elektromagnetische lens ondergaan ze een effect dat vergelijkbaar is met sferische aberratie in een optische lens. Aldus wordt de buitenste kegel van de stralen dichterbij gefocusseerd dan de axiale stralen vanwege hun nabijheid tot pooldelen in de magnetische lens waar de veldsterkte hoger is.

Hoewel een hoge spanning en een lage bundelstroom een ​​kleine spotgrootte begunstigen, is het zeer moeilijk om de gewenste lange, smalle dichte en fijn gefocusseerde elektronenbundel voor het lassen te verkrijgen. Als gevolg van de rotatie van de bundel tijdens zijn doorgang door de magnetische lens, wordt ook enige asymmetrie geroteerd op een onvoorspelbare en hinderlijke manier in overeenstemming met veranderingen in focus en werkafstand.

Fig. 14.8 Effect van de bundel die focust op de geometrie van de kraal en de penetratie

Een scherp gefocusseerde bundelspot resulteert in een maximale effectieve warmtedichtheid en produceert dus een smalle parallelzijdige las. Defocussing van de bundel door over-focussing of onder-focussing verhoogt de spotgrootte op het werkoppervlak resulterend in ondiepe of Vee-vormige lasrups; deze effecten worden getoond in Fig. 14.8.

Verander variabele # 4. Lassnelheid:

Voor een bepaald niveau van bundelvermogen, heeft de lassnelheid een duidelijk effect op de penetratie bij lage rijsnelheden zoals getoond in Fig. 14.9; wanneer de snelheid wordt verhoogd, wordt het effect op penetratie echter steeds kleiner. De lasbreedte neemt ook af met de toename van de rijsnelheid.

Voor EBW is de uitdrukking die algemeen wordt aanvaard voor de snelheid van de energie die aan het werk wordt toegevoerd, de joules per mm lengte van de las zoals uitgedrukt door de vergelijking,

Energie-input, J / mm = VI / S = P / S ...... (14.2)

waar,

I = bundelstroom, versterkers

P = bundelvermogen, watt of joule / sec

S = lassnelheid, mm / sec

De EBW-variabelen kunnen grafisch worden geïnterpoleerd door het gebruik van vergelijking (14.2) in combinatie met de beschikbare gegevens voor het lassen van verschillende metaaldiktes. Fig. 14.10 toont dergelijke gegevens op basis van de voorwaarden die zijn vastgesteld voor sommige van de legeringen die vaker door dit proces worden gelast. Dergelijke grafieken zijn nuttig om de vereiste te bepalen voor initiële instellingen van vermogen en rijsnelheid voor het lassen van een bepaalde legering van een gegeven dikte.

Fig. 14.10 Relatie tussen vermogen, lassnelheid en materiaaldikte voor volledige penetratielassen door EBW in verschillende materialen.