Схема формирования пучка электронов при электронно-лучевой сварке была рассмотрена выше (см. рис. 12). С помощью таких установок в настоящее время производится множество различных видов сварочных работ, например:

1) сварка изделий из тугоплавких и химически актив­ных металлов толщиной от нескольких десятых до десят­ков и более миллиметров;

2) соединение узлов электронных приборов, корпусов мощных электронных ламп и т. д.;

3) выполнение соединений в труднодоступных местах;

4) соединение изделий из разнородных (тугоплавких и обычных) металлов, когда при сварке другими способами встречаются затруднения из-за ограниченной взаимной растворимости этих металлов в жидком состоянии или образования хрупких химических соединений.

Перечисленные виды сварочных работ можно осуще­ствить электронно-лучевой сваркой благодаря преиму­ществам, которыми она обладает перед другими методами сварки. Основными из них являются:

1) высокая плотность концентрации энергии;

2) незначительная деформация свариваемого изделия;

3) быстрое включение и выключение источника на­грева;

4) высокая скорость управления электронным лучом;

5) химическая чистота в месте обработки;

6) большая скорость сварки;

7) отсутствие давления на жидкий металл.

Все это обеспечивает хорошее формирование шва, и прожоги не наблюдаются даже при сварке деталей очень малых толщин. Сварные швы получаются вакуумно­плотными, практически без изменения физико-механиче­ских и химических свойств свариваемого металла в зоне сварки.

Режим электронно-лучевой сварки слагается из сле­дующих величин: ускоряющее напряжение (кВ); сила тока электронного луча (мА); скорость сварки (м/ч).

В табл. 77 приведены режимы стыковой сварки неко­торых металлов без разделки кромок. Но не только обыч­ные стыковые соединения позволяет осуществлять элек­тронно-лучевая сварка. Этим методом можно выполнять и другие виды соединений (рис. 170).

Т-образное соединение осуществляется способом глу­бинного проплавления, которое обычными методами сварки осуществить не представляется возможным. Элек­тронный луч, пройдя сверху через горизонтальный лист металла, прочно соединяет его сварным швом с располо­женным под ним вертикальным листом. Таким же образом

Таблица 77. Режимы электронно-лучевой сварки стыковых соединений

можно осуществить сварку очень тонкой фольги с толстым листовым материалом.

Глубинная сварка может быть осуществлена только при такой высокой плотности энергии, при которой свари­ваемый металл не только плавится, но и испаряется.

Рис. 170. Некоторые ти­пы соединений, выполнен­ные электронно-лучевой сваркой: а, б — сварка «в замок»; в— сварка в уз­ких разделках и труднодо­ступных местах; г— свар­ка Т-образных соединений

При меньшей плотности энергии зона плавления анало­гична зоне плавления при электродуговой сварке. На рис. 171 показаны зоны плавления при обычной чпектро-

дуговой сварке (а) и при глубинной сварке электронным лучом (б) стали марки 08X18Н9Т.

В настоящее время разрабатываются пути совершен­ствования электронно-лучевых сварочных установок. На - ^ пример, за счет применения перемещающихся вакуумных камер, позволяющих сваривать швы большой длины, что особенно важно для соединения деталей корпусов косми­ческих кораблей из тугоплавких металлов. Можно по­лагать, что в будущем электронно-лучевая сварка найдет применение для создания крупных базовых станций — спутников в космосе.

Кроме лазера, в котором в качестве активного вещества используется твердый кристалл рубина (см. рис. 14), созданы следующие: полупроводниковые, газо­вые и жидкостные.

В полупроводниковых лазерах активным веществом яв­ляется полупроводниковый элемент. Эти лазеры дают возможность непосредственно преобразовывать энергию электрического тока в энергию света. Благодаря такому преобразованию энергии они имеют высокий КПД.

В газовых лазерах в качестве активного вещества используются различные газы или их смеси. Основное их достоинство то, что они могут работать в непрерывном режиме, т. е. дают не импульсный, а непрерывный луч.

В жидкостных лазерах в качестве активного вещества используются специальные жидкости с добавками редко­земельных элементов.

Эти лазеры имеют ряд преимуществ перед другими лазерами. Основные из них заключаются в том, что они полностью освобождают от проблем, связанных с выра­щиванием монокристаллов и их обработкой; при этом также облегчаегся охлаждение лазера за счет возмож­ности циркуляции рабочей жидкости. Однако у всех перечисленных видов лазеров основной принцип полу­чения стимулированного излучения остается тот же, что и в твердотельном рубиновом.

Лазеры находят широкое применение в различных областях науки и техники, в том числе и для производ­ства различных сварочных работ. В настоящее время для сварки используются импульсные лазеры на рубине или неодимовом стекле, например лазеры марок «Свет-30», «Искра-8». В комплект установки для лазерной сварки входят: излучающий генератор, блок питания, стол с кон­денсаторами и стереоскопический микроскоп. Рассмотрим принципиальную схему излучающего генератора (рис. 172).

Генератор предназначен для преобразования электри­ческой энергии, запасенной в блоке конденсаторов, в узко­направленный мощный световой луч. Основным узлом генератора является осветительная камера 1, внутри которой размещен кристалл рубина 5. В камере парал­лельно кристаллу установлена импульсная лампа 6, на концы которой подводится высокое напряжение. Внутри поверхность камеры отполировала и является

отражателем света. В камеру подается сжатый воздух для охлаждения кристалла рубина, после чего воздух уходит в атмосферу, так как камера не герметизирована.

Для формирования испускаемого кристаллом рубина излучения и направления его на место сварки служит формирующая оптическая система, состоящая из призмы 7, линзы и сменного объектива 10. Формирующая система

снабжена сменными объективами, которые формируют параллельный пучок света, испускаемый генератором, в пятно диаметром от 0,25 до 0,05 мм.

Для настройки генератора используется оптическое устройство, состоящее из осветителя 2, призмы двойного преломления 3 и конденсаторной линзы 4. Луч света от осветителя проходит через рубин и оптическую систему генератора, имитируя прохождение излучения от кри­сталла рубина (рис. 172, а).

Для визуального наблюдения за местом сварки при наведении луча подсветки на место сварки и для осмотра сваренных элементов служит стереоскопический микро­скоп 8. Для защиты глаз оператора, работающего на установке, от излучения генератора в момент сварки предусмотрен затвор 9, приводимый в движение электро­магнитом.

С помощью лазера можно сваривать различные ме­таллы и сплавы как однородные, так и разнородные; из меди, никеля, тантала, титана, алюминия, нержаве­ющей стали, вольфрама и т. д. Лазерная сварка приме­няется для соединения контактов различных элементов с проводниками на печатных платах, для соединения внутренних выводов транзисторов, для присоединения термопар к термочувствительным элементам и для других целей. Самым распространенным видом соединения яв­ляется точечное (нахлесточное): заклепочное, сквозное, многоточечное. При необходимости соединения двух пло­ских элементов непрерывным швом последний получают перекрытием на 50 % одной точки другой.

Особенностью лазерной сварки является возможность производить сварку сквозь прозрачные оболочки (стекло и т. д.). Режим лазерной сварки слагается из следующих основных величин; энергии (Дж) и длительности им­пульса (с).

Лазерная сварка существенно отличается от других методов сварки и имеет ряд преимуществ:

1) малую тепловую энергию, поглощаемую изделием, благодаря чему уменьшается зона термического влияния и снижаются деформации изделия;

2) высокую плотность энергии в пятне нагрева, поз­воляющую соединять разнородные металлы с различными физическими свойствами;

3) шов формируется за тысячные доли секунды, что положительно влияет на химический состав свариваемых металлов;

4) процесс сварки легко поддается автоматизации.

В дальнейшем лазерная сварка найдет широкое при­менение как один из методов получения микросоединеннй, резки металлов, получения отверстий микронных раз­меров, а также для других технических целей.