شرح فرآیند جوشکاری با روش پرتو الکترونی

برای اولین بار در حدود سال ۱۹۴۸ میلادی آقای استیگر والد به کاربر روی پرتو الکترونی به عنوان یک منبع حرارتی در ماشین کاری پرداخت. در سال ۱۹۵۷ دکتر استور از موسسه انرژی اتمی فرانسه نتایج جوشکاری با پرتو الکترونی را که از سال ۱۹۵۴ آغاز گردیده بود، منتشر ساخت. تجهیزات استفاده شده توسط وی کاملاٌ با وسایلی که بعداٌ استفاده شد، متفاوت بود.

او یک منبع با ولتاژ بین ۱۴-۱۰ استفاده کرد. در سال ۱۹۵۸، یک ماشین مته کاری، با پرتو الکترونی در ایالت متحده ابداع شد که در جوشکاری نیز مورد استفاده قرار گرفت. در همان سال برتون و فرانک هوسر مطالعات و آزمایشات خود را در محل جوشکاری زیر کونیم به منظور استفاده در مصارف هسته ای آغاز کردند. در کنار این تلاشها، بهینه سازی و اقتصادی کردن فرآیند در آمریکا مورد توجه قرار گرفت. در حال حاضر این فرآیند در بسیاری از صنایع به ویژه صنایع هسته ای و هوا فضا مورد استفاده قرار می گیرد.

اصول فرآیند

فرایند جوشکاری با پرتو الکترونی یک فرایند اتصال ذوبی است که در آن قطعه کار توسط جریانی متراکم از الکترون های دارای سرعت بالا بمباران شده و کل انرژی جنبشی الکترون ها، در اثر برخورد با قطعه کار به حرارت تبدیل می شود. این حرارت موجب ذوب لبه های قطعات و اتصال دو قطعه پس از انجماد می شود.

جوشکاری با پرتو الکترونی معمولاٌ در یک محفظه خلا با استفاده از یک سیستم تولید و تمرکز پرتو الکترونی انجام می شود. جوشکاری در یک محفظه بسته محدودیت های زیادی دارد  ولی نقطه قوت بسیار مهم آن، انجام فرآیند در یک محفظه تمیز و عاری از هر گونه آلودگی است که موجب می شود یک جوش با کیفیت بسیار عالی ایجاد شود.  

بارزترین مشخصه جوشکاری با پرتو الکترونی، توانایی ان در ایجاد جوش های بسیار باریک و کاملاٌ عمیق است. به عنوان مثال به کمک این فرآیند می توان تسمه های فولادی با ضخامت ۱۲ میلیمتر را به شکل سربه سر به گونه ای به هم جوش داد (با نفوذ کامل) که پهنای جوش از ۱/۶ میلیمتر بیشتر نشود. این مشخصه (نسبت عمق به پهنای جوش) در مقایسه با الگوی جوش ذوبی قوسی و روش های حفاظت با گاز بسیار بالاتر است. این امر ناشی از مکانیزم و نحوه عمل کرد خاص پرتو الکترونی در هنگام جوشکاری است. در روش های جوشکاری قوسی، منابع حرارتی اندکی از سطح را ذوب می کنند و عمق نفوذ جوش ناشی از حرارتی است که عمدتاٌ از طریق هدایت از سطح ذوب شده در تمام جهات می باشد. با توجه به اینکه هدایت حرارت در تمام جهات انجام می گیرد با عمیق تر شدن جوش، عرض آن نیز افزایش می یابد. 

پرتو الکترونی می تواند دارای چنان شدت حرارتی باشد که به طور هم زمان در کنار ذوب کردن فلز، عمل تبخیر و ایجاد سوراخ کلید در فلز مذاب را در ولتاژهای بالا انجام دهد. دیواره این سوراخ به صورت مذاب است و با پیشرفت سوراخ در محل اتصال، فلز بیشتری از دیواره ذوب می شود. با حرکت پرتو، عمل ذوب شدن حول دهانه سوراخ ادامه می یابد و همزمان با آن انجماد در قسمت پشت سوراخ انجام می گیرد.

تفنگ الکترونی قلب این فرآیند جوشکاری است. در تفنگ الکترونی، الکترونهای نشر داده شده از کاتد که به شکل پرتو درآورده شده اند، به سمت قطعه کار شتاب داده می شوند. در اینجا از قانون ساده الکتریسیته دفع بارهای همنام از یکدیگر و جذب بارهای ناهمنام توسط یکدیگر استفاده می شود. یک الکترود با شکل کاملاٌ مشخص فنجانی با بارهاب منفی پرتو را شکل می دهد. شتاب دهی به الکترون ها توسط میدان الکتریکی ناشی از ولتاژ اعمال شده و به کمک یک الکترود بار مثبت انجام می شود. پرتو حاصل شده با تمرکز بالا با سرعت ۳۰ تا ۷۰ درصد سرعت نور از سوراخ کوچک میان آند عبور کرده و به قطعه کار می رسد. دفع متقابل الکترونها باعث واگرایی پرتو در طی مسیر خود می شود. بنابراین باید این مساله تحت کنترل باشد تا پرتو در محل از پیش تنظیم شده با قطعه کار برخورد کند و قطر پرتو به هنگام برخورد با قطعه مناسب باشد.    

برای مطالعه کامل چندین فایل درباره « شرح فرآیند جوشکاری با روش پرتو الکترونی » به لینک های دانلود مراجعه نمایید…