متغيرات العملية الرئيسية في EBW

تلقي هذه المقالة الضوء على متغيرات العملية الرئيسية الأربعة في لحام الحزمة الإلكترونية (EBW). المتغيرات العملية هي: 1. تسريع الجهد 2. شعاع السلطة 3. حجم الحزمة شعاع 4. سرعة اللحام.

عملية المتغير # 1. تسريع الجهد:

مع زيادة في الجهد المتسارع ، وتغلغل يزيد من اللحام. يسمح نظام الجهد العالي (70-150 Kv) بأحجام بقعة أدق وطول بؤري أطول ومسافات عمل أكبر. وبالتالي ، بالنسبة للمسافات الطويلة من البنادق إلى العمل أو إنتاج الأضلاع المتوازية الضيقة ، يجب زيادة الجهد المتسارع للحصول على أقصى طول بؤري ، الشكل 14.6. ويرجع ذلك إلى أنه عندما يزداد الجهد المتسارع ، يتناقص التيار المطلوب لحزمة طاقة معينة بالتناسب.

وبالتالي ، مع عدد أقل من الإلكترونات في الحزمة لصد بعضها البعض ، يتم تشكيل حزمة أضيق حسب العلاقة التالية:

ومع ذلك ، بالنسبة إلى نظام الجهد العالي ، تميل المدافع إلى أن تكون أطول ومع عزل عالي للجهد المطلوب ، فمن الضروري أن تظل البندقية ثابتة وأن ينتقل العمل تحتها.

وبالنسبة لنفس قوة الشعاع ولكن الجهد المنخفض المتسارع ، فإن مسافة العمل تميل إلى أن تكون أقصر وتكون الحزم أكثر تقارباً. إن مثل هذا المسدس ، إذا تم إبقاؤه ثابتًا ، سيأخذ مساحة عمل أصغر ، لذا غالباً ما يتم تصميمها لنقلها حول وظيفة ثابتة يتم الاحتفاظ بها في غرفة التفريغ.

عملية متغير # 2. شعاع السلطة:

يتم إعطاء الطاقة الحركية لكل إلكترون بواسطة ½mv ² ولكن v ، أي أن سرعة الإلكترون تتناسب مع الجذر التربيعي للجهد المتسارع بحيث تكون طاقة كل إلكترون متناسبة مع الجهد المتسارع. ونظرًا لأن عدد الإلكترونات التي تصل لكل وحدة زمنية يتناسب طرديًا مع تيار الحزمة ، يمكن التعبير عن قوة الحزمة وفقًا لمنتج التيار الكهربائي المتسارع وتيار الحزمة ، أي بالوات. مع زيادة حزمة الحزم ، يزيد تغلغل اللحام أيضًا. قوة الشعاع مقسومة على منطقة البقعة الشعاع على سطح العمل تعطي كثافة الطاقة والتي يمكن أن تصل إلى 5 × 10 ⁹ وات / مم ² .

يمكن حساب ناتج الحرارة من شعاع الالكترون ذي الجهد الكهربائي المتسارع البالغ 120 كيلوفولط وحزمة الحزم البالغة 12.5 ميلي أمبير كما يلي:

لذلك ، عند التأثير على سطح العمل ، يتم إطلاق 1507 جول في الثانية كطاقة حرارية بقطر شعاع بقطر 2.5 مم ؛ هذه الطاقة قادرة على شفاء التنغستن بسمك 6 مم عند 17000 درجة مئوية / ثانية. يمكن لقطر الحزمة المختزل البالغ 0.25 ملم نظرياً أن يحقق زيادة قدرها مائة مرة في معدل التسخين. على الرغم من فقدان جزء من الطاقة الحرارية من خلال التوصيل ، وفقدان البخار وفقدان الإشعاع ، إلا أن الطاقة المشار إليها عالية بما يكفي لمراعاة نسبة عالية من نسبة اللحام إلى نسبة اللحام التي يتم الحصول عليها باستخدام حزم الإلكترون.

قد تكون وحدات EBW لديها تصنيفات طاقة تتراوح من 1.25 إلى 60 كيلوواط ، ولكن النطاق الأكثر شيوعًا هو 3 إلى 35 كيلو واط. تم تصميم هذه الوحدات لإعطاء جهد ناتج معين وشعاع تيار كما هو موضح في الجدول 14.2.

يظهر تأثير تيار الشعاع على عمق الاختراق للنوع 302 من الصلب غير القابل للصدأ الملحوم بسرعة سفر تبلغ 11 -25 مم / ثانية كدالة في الجهد المتسارع في الشكل 14.7.

الشكل. 14.7 تأثير تيار الشعاع على اختراق اللحام

عملية متغير # 3. شعاع بقعة الحجم:

حجم البقعة الشعاعى على العمل هو عامل مهم لأنه يؤثر على عرض اللحام وكثافة الطاقة وبالتالي نسبة الاختراق إلى العرض. اعتمادا على الجهد المتسارع وحزمة شعاع ، يمكن الحصول على حجم البقعة الشعاعية بين 0-1 إلى 0-5 ملم. ومع ذلك ، ليس من السهل الحصول على أحجام نقطية صغيرة.

ويرجع ذلك إلى أن الإلكترونات في الحزمة تتحرك بسرعات مختلفة وأثناء مرورها عبر العدسة الكهرومغناطيسية ، فإنها تعاني من تأثير مماثل للزيغ الكروي في عدسة بصرية. وهكذا ، فإن المخروط الخارجي للأشعة يركز بشكل أقرب من الأشعة المحورية بسبب قربها من قطع القطب في العدسة المغناطيسية حيث تكون شدة المجال أعلى.

على الرغم من أن الجهد العالي والتيار المنخفض للحزمة يفضلان حجمًا صغيرًا ، إلا أنه من الصعب جدًا الحصول على شعاع الإلكترون الطويل الكثيف والضيق والمركّز بشكل جيد للحام. أيضا ، نظرا لدوران الحزمة خلال مرورها عبر العدسة المغناطيسية ، فإنه يتم تدوير أي عدم تناسق بطريقة غير متوقعة ومزعجة وفقا للتغيرات في التركيز ومسافة العمل.

الشكل. 14،8 تأثير شعاع تركز على هندسة حبة واختراق

وينتج عن بقعة الحزم ذات التركيز الحاد كثافة حرارية فعالة قصوى ، وبالتالي ينتج لحام ضيّق من جانب موازٍ. إن إزاحة الشعاع عن طريق التركيز الزائد أو التركيز البؤري يزيد من حجم البقعة على سطح العمل مما يؤدي إلى حبيبة لحام ضحلة أو على شكل V. وتظهر هذه التأثيرات في الشكل 14.8.

عملية متغير # 4. سرعة اللحام:

بالنسبة لمستوى معين من قدرة الحزمة ، يكون لسرعة اللحام تأثير ملحوظ على الاختراق عند سرعات نقل منخفضة كما هو موضح في الشكل 14.9 ؛ ومع زيادة السرعة ، فإن تأثيرها على الاختراق ينخفض. كما ينخفض عرض اللحام مع الزيادة في سرعة السير.

بالنسبة للـ EBW التعبير المعتمد بشكل شائع لمعدل دخل الطاقة في العمل هو الجول لكل مليمتر طول اللحام كما تعبر عنه المعادلة ،

مدخلات الطاقة ، J / mm = VI / S = P / S …… (14.2)

أين،

أنا = شعاع الحالي ، أمبير

P = طاقة الحزمة ، واتس أو جول / ثانية

S = سرعة اللحام ، mm / sec-

يمكن تقريب متغيرات EBW بيانياً باستخدام المعادلة (14.2) بالاقتران مع البيانات المتاحة للحام سمك مختلف من المعدن. يوضح الشكل 14.10 مثل هذه البيانات وفقًا للشروط الموضوعة لبعض السبائك الملحومة في أغلب الأحيان بهذه العملية. هذه الرسوم البيانية مفيدة لتحديد متطلبات الإعدادات الأولية لسرعة الطاقة والسفر لحام سبيكة معينة من سمك معين.