Диаметр электродной проволоки йэ (мм) можно приближенно вычислить из формулы
Iсв = 11dэ + 10d2э.
Скорость подачи электродной проволоки зависит от ее диаметра, тока дуги и составляет 0,5-4-5 м/мин. Ее увеличивают с ростом тока и уменьшением диаметра электродов.
Сварочный трактор - самоходный агрегат для сварки в основном под флюсом, несущий на самоходной тележке подающий механизм, сварочную горелку, механизм настроечных и корректировочных перемещений, флюсовую аппаратуру, систему управления. Многие конструкционные узлы трактора унифицированы с узлами автоматов и полуавтоматов. Существуют тракторы, перемещающиеся по изделию и перемещающиеся по рельсам. На рис. 9.15 показан сварочный трактор АДС-1000-2. Тележка трактора снабжена отдельным приводом от регулируемого электродвигателя постоянного тока. С помощью цепной передачи вращение передается на обе оси тележки.
Электронно-лучевой нагрев применяется для обработки тугоплавких и химически активных металлов, сварки, испарения металлов и оксидов, выращивания монокристаллов, металлизации и напыления и т. д.
С технологической точки зрения основными преимуществами электроннолучевого нагрева следует считать:
а) возможность в широких пределах плавно изменять удельную-энергию в зоне нагрева;
б) большую удельную мощность (от десятков ватт до нескольких мегаватт) в месте взаимодействия электронного луча с обрабатываемым изделием);
в) возможность управления пространственным положением луча с помощью магнитной системы;
г) возможность использования вакуума как рабочей среды;
д) возможность получения малоразмерной (прецизионной) зоны воздействия электронного луча на обрабатываемый материал.
К временным недостаткам этого вида нагрева следует отнести прежде всего необходимость обеспечения высокого вакуума, а также сложность изготовления, эксплуатации и высокую стоимость электронно-лучевого оборудования. В нагревательных установках с использованием электронного луча последний представляет собой направленный поток электронов, переносящий энергию от излучателя электронов к изделию. Ускоренные электроны приобретают кинетическую энергию, пропорциональную их скорости, которую они передают веществу обрабатываемого объекта.
Так как электроны теряют свою энергию при столкновении с молекулами и атомами вещества, то в пространстве рабочей камеры должен поддерживаться глубокий вакуум, который необходим также для защиты катода от бомбардировки положительными ионами.
Вышедший из катода электронной трубки электрон ускоряется в электрическом поле и приобретает энергию Wе (эВ)
Wе = mеυ2/2 = е0U, (10.1)
где mе и e0 - масса и заряд электрона; U - пройденная электроном разность потенциалов, В.
Излучаемые катодом электроны ускоряются в электрическом поле и формируются электрическими и магнитными полями в электронный луч.
Мощность электронного луча
Рл = IлUу, (10.2)
здесь Pл - ток луча, А; Uу - ускоряющее напряжение, В.
Удельная мощность в луче
Рл = Рл/Sл = IлUу/(πr2л), (10.3)
где Sл и rл - поперечное сечение и радиус луча на обрабатываемой поверхности. Сформированный пучок проходит через рабочую камеру и попадает на поверхность обрабатываемого объекта. Скорость электронов при попадании на поверхность детали
_______
υ = √2е0Uу/mе.
Глубина проникновения электронов (м) с энергией 5-100 эВ, что имеет место в электронно-лучевых установках (ЭЛУ), может быть определена по формуле Шонланда:
b = 2,1·10-17Uуγ, (10.4)
где γ - плотность вещества, мишени, кг/м3.
Следовательно, в ЭЛУ глубина проникновения электронов и протяженность зоны интенсивного выделения тепловой энергии составляет около 10-6 м, и для твердых тел нагрев является чисто поверхностным. Мощность рентгеновского излучения в энергетическом балансе ЭЛУ составляет доли процента и его можно не учитывать. Однако его биологическое воздействие представляет опасность для обслуживающего персонала. Поэтому при конструировании и изготовлении ЭЛУ должны быть предусмотрены специальные мероприятия по защите обслуживающего персонала от воздействия рентгеновского излучения. Рассмотрим явления, связанные со вторичной эмиссией электронов с бомбардируемой электронным лучом поверхности металла. Значительно перегретая (на 200-1000 К) выше температуры плавления поверхность ванны расплавленного металла представляет собой мощный источник термоэлектронной эмиссии. Мощность (Вт) термоэлектронной эмиссии, уносимая потоком электронов,
Pтэ =Iтэ/e0(θ +2kT), (10.5)
здесь Iтэ - ток термоэлектронной эмиссии, А; e0 - заряд электрона; θ - работа выхода электрона, эВ; k - постоянная Больцмана; Т - температура, К. Несмотря на малую мощность термоэлектронной эмиссии, ее ток, поглощаемый стенками камеры, может достигать десятков и сотен ампер, поэтому заземление ЭЛУ должно быть надежным и рассчитанным на этот ток. Часть электронов луча отражается от поверхности металла и поглощается стенками камеры. Это приводит к довольно большим потерям мощности электронного луча (для легких металлов 5-10 %, для тяжелых 15-25 %) и значительно влияет на энергетический баланс ЭЛУ.
В камере ЭЛУ происходят сложные процессы взаимодействия электронов луча с атомами остаточных и выделяющихся в процессе плавки и нагрева газов, с атомами металлических паров, находящихся над поверхностью расплавленного металла и т. п.
Во всех ЭЛУ имеются общие системы, сходные по своему функционально- му назначению и принципу действия. Среди них можно выделить два комплекса - энергетический и электромеханический.
Энергетический комплекс ЭЛУ включает в себя электронную пушку с блоками питания и управления лучом. Электронной пушкой называется устройство, в котором эмиттируемый катодом пучок электронов формируется в электрическом и магнитном полях в луч, который ускоряется в электрическом поле, выводится через отверстие в аноде и направляется на нагреваемый объект.
Многочисленным семейством ЭЛУ являются плавильные установки. Наиболее простая схема электронной плавильной установки с кольцевым катодом и автоэлектронным нагревом,- у которой анодом служит сам расплавляемый металл. ЭЛУ с кольцевым катодом работают на ускоряющем напряжении 5-15 кВ. Их преимуществами являются простота устройства и высокая проводимость, вследствие чего в них можно получить значительные токи пучка при низком напряжении. Их недостаток - нахождение катода в плавильной камере, из-за чего при газовыделении с поверхности ванны он оказывается в зоне повышенного давления. Вышедшие из катода электроны сталкиваются с частицами газов и ионизируют их. Образующиеся положительные ионы направляются к катоду и оседают на нем, что сильно снижает его эмиссионную способность и сокращает срок службы. Поэтому плавильные ЭЛУ с кольцевым катодом имеют ограниченное применение для переплава металлов с малым выделением газов.
ЭЛУ с радиальными пушками в меньшей мере подвержены этому недостатку. В этих установках вокруг электрода по радиусу установлено несколько катодов и анодов с отверстиями, через которые движущиеся прямолинейно электроны проходят к концу электрода и к ванне. Таким образом, здесь анод отделен от расплавляемого металла, хотя и тот и другой находятся под одинаковым потенциалом. Анод является направляющим и формирующим устройством. В данном случае система анод-катод соответствует понятию электронной пушки.
Часть установки, в которой находятся электронные пушки, отделена от плавильного пространства перегородкой с отверстиями для электрода и пучка электронов. Верхняя и нижняя части камеры имеют индивидуальные системы откачки газов. При значительном выделении газов из ванны лишь часть паров металла попадает через отверстия в верхнюю камеру и откачивается из нее насосом. Радиальные пушки работают при относительно низком ускоряющем напряжении (около 15 кВ), поэтому они имеют ограниченную мощность. Для увеличения мощности всей ЭЛУ необходимо увеличить количество радиальных пушек.
В качестве плавильных наибольшее распространение получили ЭЛУ саксиальными пушками . В отличие от радиальной аксиальная пушка образует сильно сфокусированный электронный луч. В ней имеются два катода. Основной катод К выполнен в виде массивной вогнутой снизу вольфрамовой пластины и разогревается до 2300-2500 К электронной бомбардировкой от вспомогательного катода Ки который выполнен в виде нагреваемой током вольфрамовой спирали. Между катодами прикладывается напряжение 3,5-5,0 кВ. Вспомогательный катод имеет отрицательный потенциал относительно основного, так что основной катод является анодом для вспомогательного. Анод А имеет специальную форму для создания в пространстве между ним и катодом такого электрического поля, которое сфокусировало бы электронный пучок так, чтобы он практически весь проходил через отверстие анода. Пройдя через анод, электронный луч попадает в лучепровод Л, соединяющий катодную камеру с плавильной камерой установки, в которой находится переплавляемый электрод Э. Он может перемещаться горизонтально: его можно вводить под пучок или выводить из-под него. Часть электронов луча проходит мимо электрода и попадает на поверхность ванны жидкого металла, расположенной в кристаллизаторе в нижней части камеры. Лучепровод должен защищать катодный узел от прорыва в него газов из плавильной камеры. С этой целью лучепровод снабжается откачивающим насосом, кроме того, имеются насосы, откачивающие газы и пары из катодного узла и рабочей камеры. В луче-проводе производится дополнительная магнитная фокусировка с помощью магнитных линз М, поскольку на своем пути через лучепровод электронный пучок расширяется. ЭЛУ с аксиальными пушками работают при ускоряющем напряжении 30-40 кВ.