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)

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

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

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

⋅

:=

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

⋅

:=

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]

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

=

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

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.

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

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

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

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

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]

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

=

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

=

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.

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

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!

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

i

znacznie

mniejsza strefa wpływu ciepła

. Odkształcenia są znacznie mniejsze

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..

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

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

=

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

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

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

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

i

bardzo małą

szerokością

przekroju poprzecznego.

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.

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

i

niewielkiej szerokości
warstwy przetapianej

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.

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

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

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]

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

Spawanie elektronowe

35

Wydział Mechaniczny PG

KTMM i Spawalnictwa

22 04 2007

Program szkolenia wg EWE

Przedmiot: Procesy Spawalnicze

Opracował: dr inż. Tadeusz Piątkowski

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

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

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

=

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

=

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

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,

.

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

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!)

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

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

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

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

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

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

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

.

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.

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

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

.

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

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

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

z

wykorzystaniem spawarek wielko komorowych,

• technologie spawania elektronowego z

próżnią lokalną

,

• technologie spawania z wyprowadzeniem wiązki

w atmosferę

.

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.

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).

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.