Физические основы электронно-лучевой сварки».

Источником нагрева при этом методе служит концентрированный поток электронов.

Электронный луч – поток электронов, испускаемых одним источником и движущихся по близким траекториям в определенном направлении. Сущность процесса сварки электронным лучом в вакууме состоит в использовании кинетической энергии электронов. При бомбардировке электронами поверхности металла большая часть их кинетической энергии превращается в теплоту, которую и используют для расплавления металла.

Зона нагрева зависит от степени фокусировки и может изменятся в значительных пределах.

В рабочей камере поддерживается вакуум порядка 13 * 10^-3 – 13 * 10^-5 Па.

Получение свободных электронов достигается применением раскаленного металлического катода, эмитирующего электроны. Ускорение электронов обеспечивается электрическим полем с высоким потенциалом между катодом и анодом. В современных установках применяются источники питания с напряжением (U _уск) 10 –100 кВ.

В результате ускорения электрон получает кинетическую энергию

(1)

Скорость электрона будет равна

(2)

m_e – масса электрона;

e – заряд электрона;

U_уск – ускоряющая разность потенциалов.

Фокусировка - концентрация электронов - достигается использованием магнитных полей.

Изменяя интенсивность и направление поперечных магнитных полей, можно легко управлять электронным лучом, перемещая его по любой сложной траектории.

Электромагнитные отклоняющие системы изготовляют в виде четырех катушек, соединенных последовательно попарно, расположенных под углом 180⁰ друг к другу.

Метод управления электронным лучом при сварочных работах основан на использовании эффекта изменения траектории полёта электронов под действием поперечных магнитных полей, вследствие действия силы Лоренса (F_л).

(3)

В – индукция магнитного поля.

Эта сила создаёт центростремительное ускорение

Электроны станут двигаться по окружности радиусом R. По второму закону Ньютона имеем уравнение

(4)

(5)

Рассмотрим пример.

Схема движения электрона представлена на рисунке 1

В данном примере вектор магнитной индукции перпендикулярен чертежу и направлен вверх. В этом случае электроны, двигаясь по окружности, отклоняются вверх, согласно правилу левой руки. Отклоненный магнитным полем электронный пучок встретится с изделием в точке А.

(6)

Из подобия прямоугольных треугольников имеем

(7)

S – расстояние от отклоняющего устройства до свариваемой поверхности

(8)

В современных сварочных установках диаметр пятна нагрева составляет от 0,05 до 5 мм, при этом минимальная плотность энергии составляет
5 *10⁸ Вт/см², мощность электронно – лучевых пушек до 10 – 15 кВт.

Целью данной расчетной работы является изучить характер движения электронного луча в магнитном поле, научиться рассчитывать величину индукции магнитного поля необходимую для направления электронного луча в данную точку поверхности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: