background image

Spawanie elektronowe 

1

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie elektronowe–Electron beam welding

(EBW) –wg PN-EN 24063  nr 

76

(Spawanie wiązką elektronów -WE) 

background image

Spawanie elektronowe 

2

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Trochę fizyki...

Ładunek elementarny elektronu 

e=1,602 *10 

-19

C

Masa spoczynkowa elektronu

m

0

=9,11*10 

-31 

kg

background image

Spawanie elektronowe 

3

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Elektron o ładunku 

e

i masie 

m

w jednorodnym polu elektrycznym 

E

porusza się z prędkością

v

tak jak ciało spadające swobodnie w polu 

grawitacyjnym

E

m

ν

2


2

:=

ν

E

e Up

:=

e Up

m

ν

2


2

Przy napięciu E=1V prędkość elektronu 

v=593 km/sec

Przy napięciu 10 kV

v=59 300  km/sec –

w idealnej próżni!

Prędkość światła 300 000 km/sec

background image

Spawanie elektronowe 

4

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Energia kinetyczna  wiązki elekrtonów Ew

Ew

n

mel Vel

2

2

Gdzie:
n –ilość elektronów
mel –masa spoczynkowa 1 elektronu [kg]
Vel –prędkość elektronu [km/s]

mel

9.11 10

31

kg

:=

background image

Spawanie elektronowe 

5

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Energia elektronów w polu elektrycznym

Ew

ee n

⋅ Up

Gdzie:
n –ilość elektronów
ee –ładunek elementarny elektronu [C]
Up –napięcie przyśpieszające [kV]

ee

1.602 10

19

C

:=

background image

Spawanie elektronowe 

6

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Energia prądu elektrycznego tworzącego wiązkę

elektronów 

Ew

Iw Up

Gdzie:
Iw –natężenie prądu wiązki elektronów [mA]
Up –napięcie przyśpieszające [kV]

background image

Spawanie elektronowe 

7

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Z prostych obliczeń wynika, że  w wiązce elektronów o 

natężeniu Iw=300mA, poruszającej się w polu elektrycznym 

o napięciu przyśpieszającym Up=28 000V 

Up

22000V

:=

Iw

300mA

:=

Ew

6.6 10

3

×

J

=

W ciągu sekundy zostanie wyemitowanych  n elektronów 
poruszających się z prędkością Vel

n

1.873 10

18

×

=

Vel

87963

km

s

=

background image

Spawanie elektronowe 

8

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

A dla parametrów 

Up

100000V

:=

Iw

1000mA

:=

Ew

1 10

5

×

J

=

n

6.242 10

18

×

=

Vel

187537

km

s

=

W ciągu sekundy zostanie wyemitowanych  n elektronów 
poruszających się z prędkością Vel

background image

Spawanie elektronowe 

9

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie wiązką elektronów 

Polega na wykorzystaniu energii kinetycznej wiązki 

elektronów, która bombardując powierzchnię spawaną

zamienia się na ciepło. Ciepło to topi i odparowuje metal, 

tworząc 

nadzwyczaj głębokie

cylindryczne zagłębienie. 

Przyczyny tworzenia się

nadzwyczaj głębokiego wtopienia

nie są do końca rozpoznane. Są skutkiem wielu 

złożonych zjawisk fizyko-chemicznych. 

background image

Spawanie elektronowe 

10

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie wiązką –spawanie 

elektronowe w wysokiej próżni

Zasada spawania wiązką elektronów
Uz-napięcie zasilające  katodę, 
Uk-napięcie sterujące, 
U–napięcie przyśpieszające 10-200 kV

1)

Katoda

2)

katoda sterująca 

3)

anoda 

4)      pole elektrostatyczne
5)     cewka magnetyczna ogniskująca wiązkę

elektronów

6)

cewka magnetyczna odchylająca wiązkę

7)

pole magnetyczne ogniskujące wiązkę

8)

przedmiot spawany 

9)

9) uziemienie

background image

Spawanie elektronowe 

11

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Sposób ogniskowania wiązki ma istotny wpływ na kształt i 

wielkość wtopienia

background image

Spawanie elektronowe 

12

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

W momencie padania wiązki na powierzchnię następuje tam 

wiele zjawisk. Początkowa sprawność nagrzewania jest 

niewielka -0k. 60%. Zależy ona od własności materiału 

background image

Spawanie elektronowe 

13

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Fazy powstawania oczka –(kapilary). Po utworzeniu 

kapilary sprawność nagrzewania rośnie do 90-95% 

Nagrzewanie 

Parowanie 

Przestrzeń
wypełniona 
parami metali o 
temperaturze ok.  
3000 oC

background image

Spawanie elektronowe 

14

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Energia wiązki  (E) i koncentracja energii na materiale 

spawanym (k) wynika z jej parametrów

Is

10mA

:=

Us

30000V

:=

E

Is Us

:=

E

300W

=

d

0.1mm

:=

S

π d

2


4

:=

k

E
S

:=

k

3.82 10

4

×

W

mm

2

=

d=średnica wiązki..[mm]

background image

Spawanie elektronowe 

15

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Dla porównania koncentracja energii dla spawania SAW, 

przy parametrach

Is

1500A

:=

Us

40V

:=

E

Is Us

:=

E

6 10

4

×

W

=

d

10mm

:=

S

π d

2


4

:=

kSAW

E
S

:=

kSAW

7.6 10

2

×

W

mm

2

=

background image

Spawanie elektronowe 

16

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Dla parametrów wyższych.. spawania wiązką

Is

1000mA

:=

Us

150000V

:=

E

Is Us

:=

E

150kW

=

d

0.5mm

:=

S

π d

2


4

:=

k

E
S

:=

k

7.639 10

5

×

W

mm

2

=

kSAW

7.6 10

2

×

W

mm

2

=

background image

Spawanie elektronowe 

17

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Olbrzymia koncentracja energii  (nawet do 1,5*10

7

W/mm2) , ciśnienie wiązki i   

par metalu i gazów  powodują szybkie powstanie oczka wypełnionego głównie 
przegrzanymi  parami  metalu i gazami . Absorbują one całą energię wiązki 
ustalając stan równowagi.

background image

Spawanie elektronowe 

18

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Szybkie przemieszczanie 

wiązki powoduje, że 

stopieniu ulega stosunkowo  

niewielka objętość metalu, 

który bardzo szybko krzepnie 

pod wpływem szybkiego 

odprowadzania ciepła do 

otaczającego kapilarę

materiału spawanego

background image

Spawanie elektronowe 

19

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spoina wykonana

metodą TIG                             i wiązką elektronów

Do 200mm!

background image

Spawanie elektronowe 

20

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Złącza spawane WE cechuje  mniejsza 

asymetria spoiny

znacznie 

mniejsza strefa wpływu ciepła

.  Odkształcenia są znacznie mniejsze

background image

Spawanie elektronowe 

21

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Stanowisko do spawania

musi umożliwić wytworzenie 

wiązki i jej skierowanie na materiał spawany...

W próżni..

background image

Spawanie elektronowe 

22

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawarka elektronowa o średniej i niskiej próżni

Próżnia wysoka

Komora robocza
Próżnia niska

background image

Spawanie elektronowe 

23

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

komora robocza musi umożliwiać ruch 

przedmiotu spawanego

10

3

torr

0.133 Pa

=

10

3

torr

1.316 10

6

×

atm

=

Próżnia w działku 
elektronowym powinna 
być wysoka 10

-3

Tr

W komorze roboczej 
dopuszcza się niższą
próżnię 10

-2

Tr

1atm

760torr

=

background image

Spawanie elektronowe 

24

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Stanowiska Przemysłowego 

Instytutu Elektroniki

background image

Spawanie elektronowe 

25

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Stanowiska do spawania wiązką elektronów Przemysłowego 

Instytutu Elektroniki 

WS 0.5/25  -moc 0.5kW, 25 kV - rozmiar komory 

440x440x580mm 

WS 6/30 o mocy 6kW - rozmiar komory 

700x700x808mm 

WS 15/80 o mocy 15kW - rozmiar komory 

1600x1600x800mm 

background image

Spawanie elektronowe 

26

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Próżnia jest nieodzowna dla uzyskania dużej sprawności 

cieplnej procesu spawania

Elektrony trafiające na cząsteczki gazów tracą energię, 

która nie dociera do materiału spawanego. Spawanie w 
wysokiej próżni pozwala na spawanie znacznie większych 
grubości  przy niższej mocy wiązki 

background image

Spawanie elektronowe 

27

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Wiązka elektronowa posiada szereg zalet w porównaniu z 

metodami konwencjonalnymi.

• Wiązkę można zogniskować uzyskując bardzo dużą
koncentrację energii na jednostkę powierzchni (10

5

- 10

7

W/mm

2

).

• Spoiny cechują się

dużą głębokością

bardzo  małą

szerokością

przekroju poprzecznego.

background image

Spawanie elektronowe 

28

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Przygotowanie elementów do spawania nie wymaga wykonania faz 

spawalniczych ani na ogół użycia dodatkowego materiału. 

Elementy do spawania przygotowuje się na ogół

bez ukosowania 

krawędzi (na styk)

Cały element

wkładany do komory próżniowej 

musi być starannie oczyszczony.

background image

Spawanie elektronowe 

29

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Wymaga jednak dokładnego 
dopasowania stykających się

ze sobą krawędzi  blach 

(płaszczyzn).

Zalecane jest utrzymanie 

wysokiej dokładności 

obróbki i 

niewielkiej 

szczeliny styku

między 

łączonymi powierzchniami, 

Warunek ten wynika z 

bardzo małych wymiarów 

wiązki elektronów

niewielkiej szerokości 
warstwy przetapianej

background image

Spawanie elektronowe 

30

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

• Spawanie WE pozwala na uzyskanie bardzo dużych 

prędkości spawania (do 100mm/sek.)

• Spoiny wykonane w próżni są całkowicie wolne od 

zanieczyszczeń spawalniczych i nie są narażone na 
proces utleniania.

background image

Spawanie elektronowe 

31

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie WE pozwala 

na wiele ciekawych  

rozwiązań

konstrukcyjnych

background image

Spawanie elektronowe 

32

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Różne węzły konstrukcyjne

background image

Spawanie elektronowe 

33

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Podstawowe parametry procesu

Napięcie przyśpieszające wiązkę [kV]
Natężenie prądu wiązki elektronów w [mA]
Średnica wiązki na powierzchni spawanej w [mm]
Odległość ogniskowa wiązki w [mm]
Prędkość spawania [m/min]
Podciśnienie w komorze roboczej  w [toor]

background image

Spawanie elektronowe 

34

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

parametry spawania w wysokiej i średniej próżni 

stopów aluminium

background image

Spawanie elektronowe 

35

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

background image

Spawanie elektronowe 

36

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Tytan o grubości 90 

mm

Fot. A. Klimpel...  

Praktycznie brak 

strefy SWC

background image

Spawanie elektronowe 

37

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Nb

Spawanie tytanu i 

molibdenu  z 

zastosowaniem 

wkładki 

przejściowej

z niobu i stapianej 

podkładki 

formującej grań

background image

Spawanie elektronowe 

38

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Stal austenityczna o gruboœci 6,35mm, spawana 1 przejœciem

Spawaniw WE, wysokopróżniowe

Is

100mA

:=

Us

30000V

:=

Vs

0.20

m

min

:=

ql

Us Is

Vs

:=

ql

9

kJ

cm

=

Spawanie TIG gorącym drutem, o średnicy 1,2mm,  blachy o 
grubości 6,35 mm, 1 przejściem. Elektroda wolframowa o średnicy
4,8mm, gaz ochronny &5%He+Ar, DC minus, 

Is

300A

:=

Us

12V

:=

Vs

0.2

m

min

:=

ql

Us Is

Vs

:=

ql

10.8

kJ

cm

=

background image

Spawanie elektronowe 

39

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Stal austenityczna   o grubości 25,4mm, spawana 1 przejściem 
blachę o długości 1m
Spawaniw WE, wysokopróżniowe

Is

500mA

:=

Us

30000V

:=

Vs

0.14

m

min

:=

ts

429 s

=

qWE

Us Is

⋅ ts

:=

qWE

6.429 10

6

×

J

=

Spawanie MAG drutem  o średnicy 1,6mm,  blachy o grubości 25 
mm, 11 ściegów

Is

280A

:=

Us

27V

:=

Vs

0.2

m

min

:=

ts

3300 s

=

qMAG

Us Is

⋅ ts

:=

qMAG

2.495 10

7

×

J

=

background image

Spawanie elektronowe 

40

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

qlSAW

4.878

kJ

mm

=

qlSAW

Us1 Is1

(

)

Vs1

:=

qSAW

4.878

10

3

×

kJ

=

qSAW

Us1 Is1

ts1

:=

ts1

130 s

=

Vs1

0.46

m

min

:=

Us1

34V

:=

Is1

1100 A

:=

Spawanie SAW, 1 drutem  o średnicy 5,5mm,  blacha o grubości 12 
mm,  1 ścieg, pozycja PA, DC plus, 

qlWE

3.6

kJ

mm

=

qlWE

Us Is

Vs

:=

qWE

3.6

10

3

×

kJ

=

qWE

Us Is

⋅ ts

:=

ts

429 s

=

Vs

0.14

m

min

:=

Us

28000 V

:=

Is

300mA

:=

Spawaniw WE, wysokopróżniowe

Stal austenityczna   o grubości 12,7mm, spawana 1 przejściem 
blacha o długości 1m

background image

Spawanie elektronowe 

41

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

qlSAW38

24.9

kJ

mm

=

ql

qSAW38

2.5 10

4

×

kJ

=

qSAW38

Is1e1 Us1e1

Is1e2 Us1e2

+

(

) ts1

Is2e1 Us2e1

Is2e2 Us2e2

+

(

) ts2

+

:=

Us2e2

44V

:=

Is2e2

900A

:=

ts2

157.9 s

=

Vs2

0.38

m

min

:=

Us2e1

40V

:=

Is2e1

1300A

:=

Us1e2

43V

:=

Is1e2

850A

:=

ts1

130 s

=

Vs1

0.5

m

min

:=

Us1e1

36V

:=

Is1e1

1200A

:=

Spawanie SAW, 2 drutami  o średnicy 5,5/4,8 mm,  blacha o 
grubości 38 mm,  2 ściegi, pozycja PA, DC plus, 

background image

Spawanie elektronowe 

42

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Relacje energii wprowadzonej do blachy podczas spawania 

zależą od metody spawania i grubości blach (ukosowanie 

zwiększa przekrój rowka i automatycznie powiększa ilość

energii wprowadzonej do blachy) 

12 mm

qlTIG

qlWE

1.2

=

qSAW

qWE

1.412

=

6 mm

qMAG

qWE

3.881

=

25 mm

background image

Spawanie elektronowe 

43

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Kłopotliwe, czasochłonne i  kosztowne jest ...pompowanie 

próżni

Dlatego zbudowano spawarki ...bezpróżniowe, w 

których materiał spawany znajduje się poza 

komorą próżniową.

Obszar spawania musi być w takim przypadku 

chroniony gazami osłonowymi, znanymi ze 

spawania metodami TIG.  Sprawność cieplna 

takiego procesu jest znacznie niższa, ale 

podwyższenie mocy wiązki  (napięcie do 150-

300kV i moc do  150 kW) pozwalają na spawanie 

stali o grubości do 75mm (jednym przejściem!) 

background image

Spawanie elektronowe 

44

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawarka elektronowa ...bezpróżniowa –materiał spawany 

poza komorą próżniową

Ważny 

parametr

background image

Spawanie elektronowe 

45

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

parametry spawania 

bezpróżniowego

złączy doczołowych,  

jednym przejściem

WE różnych metali

background image

Spawanie elektronowe 

46

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Blacha stalowa spawana wiązką o mocy 6,3kW z szybkością

7,5m/min (Fot. A.Klimpel..)

1mm

2 mm

Praktycznie 

brak strefy 
SWC

background image

Spawanie elektronowe 

47

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Rodzaj gazu ochronnego, jak  zawsze ma istotny wpływ na 

kształt spoin, zwłaszcza głębokość wtopienia

Powietrze

Hel

background image

Spawanie elektronowe 

48

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

A także odległość pomiędzy działkiem elektronowym a 

powierzchnią materiału spawanego. Jest to przestrzeń

pozbawiona próżni, w której elektrony poruszają się w gazie

Powietrze                          Hel

5mm           20mm                   5mm         20mm

background image

Spawanie elektronowe 

49

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Jest zrozumiałe, że na głębokość wtopienia wpływa  

prędkość spawania i moc wiązki

12 kW

25 kW

Spawanie bezpróżniowe
w atmosferze powietrza

background image

Spawanie elektronowe 

50

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Właściwości połączeń

Pole przekroju strefy przetopionej przy spawaniu wiązką elektronów 

jest około 

25 razy mniejsze

, niż przy spawaniu metodami łukowymi.

Ze względu na to, że proces prowadzony jest w próżni złącza 

charakteryzują się

wysoką czystością metalurgiczną

, co poprawia ich 

własności wytrzymałościowe. 

Dzięki prawie 

równoległym liniom wtopienia

i bardzo małej SWC 

odkształcenia elementów spawanych elektronowo są bardzo małe

.

background image

Spawanie elektronowe 

51

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Co można spawać wiązką elektronów?

Szczególnie łatwo stale niestopowe i stopowe oraz stopy 

aluminium: a także 
• Stale o zwiększonej zawartości węgla,
• Metale o dużym przewodnictwie cieplnym, np. miedź i 
jej stopy, aluminium i jego stopy, złoto, srebro, platynę.
• Metale trudnotopliwe, np. wolfram, tantal, molibden, 
niob, tytan i stopy tytanu,
• Metale chemicznie aktywne, np. beryl, wanad itp. 
• Metale o rozmaitych własnościach fizykochemicznych 
np. taśmy bimetaliczne.

background image

Spawanie elektronowe 

52

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Co można spawać
wiele metali ale ...nie 
wszystkie

background image

Spawanie elektronowe 

53

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

ZASTOSOWANIA SPAWANIA WIĄZKĄ ELEKTRONÓW

• zastosowanie szczególnie w produkcji seryjnej, najczęściej w 

przypadku przedmiotów o 

symetrii obrotowej

typu tarcza, 

wałek, tuleja.

• najszersze zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, 

obrabiarkowym i narzędziowym -spawanie wiązką elektronów 
stosuje się przy łączeniu 

elementów kół zębatych skrzyń

biegów i przekładni planetarnych

, wałów, narzędzi 

bimetalowych itp.

• w energetyce spawanie wiązką elektronów może znaleźć

zastosowanie np. przy 

łączeniu rur z dnami sitowymi

.

background image

Spawanie elektronowe 

54

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Te wieńce spawa się bez ukosowania i bez 

dodatkowej obróbki po spawaniu

Spoina

background image

Spawanie elektronowe 

55

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spoina

background image

Spawanie elektronowe 

56

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

ZASTOSOWANIA

Do ważnych kierunków rozwoju spawania elektronowego należą:
• technologie spawania elementów o 

dużych grubościach

,

• technologie spawania elementów o 

dużych gabarytach

wykorzystaniem spawarek wielko komorowych,

• technologie spawania elektronowego z 

próżnią lokalną

,

• technologie spawania z wyprowadzeniem wiązki 

w atmosferę

.

background image

Spawanie elektronowe 

57

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Spawanie elektronowe zaczyna tracić swą pozycję na rzecz 

spawania laserowego, 

utrzymuje jednak wyłączność i nadal 

rozwija się w dziedzinie wytwarzania najcięższych 

konstrukcji grubościennych

oraz spawania metali 

wrażliwych na kontakt z atmosferą. 

background image

Spawanie elektronowe 

58

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Do wad należą:

• Duże szybkości stygnięcia które mogą powodować

powstanie struktur hartowniczych

• duży koszt spawarek elektronowych, 
• zastosowanie spawania wysokopróżniowego ograniczone 

do wybranych kształtów i niezbyt dużych wymiarów 

(ograniczonych wielkością komory roboczej), 

• konieczność stosowania próżni, 
• konieczność demagnetyzacji obrabianych części oraz
• ochrony przed promieniowaniem rentgenowskim (w 

przypadku wysokich napięć przyśpieszających – od 150 

kV).

background image

Spawanie elektronowe 

59

Wydział Mechaniczny PG 

KTMM i Spawalnictwa  

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE 

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

Pod względem jakości obróbki – technologie 

elektronowe są porównywalne z technologiami 
laserowymi.

PN-EN 1011-7:2005(U) Spawanie. Wytyczne dotyczące spawania metali. 
Część 7: Spawanie wiązką elektronów.