جوشکاری پرتو الکترونی چیست؟ بررسی تجهیزات و مزایا

در جوشکاری پرتو الکترونی، گرمای ذوب فلزات نه توسط شعله یا قوس، بلکه توسط پرتوی متمرکزی که عمدتاً از الکترون‌های با شتاب زیاد تشکیل شده است، ایجاد می‌شود. همانطور که الکترون های با سرعت بالا به سطوحی که قرار است به یکدیگر متصل شوند برخورد می کنند، انرژی جنبشی آنها به انرژی حرارتی تبدیل می شود و در نتیجه باعث ذوب شدن فلز قطعه کار می شوند. جوشکاری پرتو الکترونی معمولاً در خلاء انجام می شود تا از تداخل گاز با پرتو الکترونی جلوگیری شود. این روش با جوشکاری پرتو لیزر که در خارج از خلاء انجام می شود کاملا متفاوت است.

تجهیزات انجام این روش چیست؟

تجهیزات جوشکاری پرتو الکترونی شامل زیرسیستم های زیر است:

1. تفنگ پرتو الکترونی با منبع تغذیه ولتاژ بالا و کنترل (از 5 تا 150 کیلو ولت)،
2. یک سیستم پمپاژ خلاء.
3. وسایل ابزار مکانیکی، درایوها و کنترل های موتور، و
4. یک سیستم تراز پرتو، شامل اپتیک، اسکنر، کنترل نوار و ردیاب.

بیشتر بخوانید: آلاینده‌های جوشکاری در هوا و راه محافظت دربرابر آن

تفنگ پرتو الکترونی

در جوشکاری پرتو الکترونی هنگامی که رشته تنگستن به طور الکتریکی در خلاء تا دمای 2500 درجه سانتیگراد گرم می شود، الکترون ساطع می کند. الکترون های ساطع شده از رشته گرم شده دارای بار منفی هستند، توسط الکترود کاتد (کنترل) دفع می شوند و از مرکز آند عبور می کنند. الکترود کاتد (-) و الکترود آند (+) الکترون ها را متمرکز و به حرکت در می آورند. الکترون‌ها جریان آزاد ندارند، اما در عوض به دلیل اختلاف شدید ولتاژ پتانسیل بین کاتد و آند، شتاب زیادی می‌گیرند. سپس پرتو الکترونی با استفاده از یک سیم پیچ الکترومغناطیسی (عدسی) متمرکز می شود. سیم پیچ متمرکز کننده پرتو الکترونی را به نیازهای کاربر متمرکز یا پخش می کند.

پرتو الکترونی متمرکز بر روی قطعه کار در نقطه ای به اندازه از 0.75 تا 3 میلی متر قطر متمرکز می شود. هنگامی که این پرتو به قطعه کار برخورد می کند، انرژی جنبشی الکترون ها به گرمایی تبدیل می شود. هر چه انرژی جنبشی بیشتر باشد، مقدار گرمای آزاد شده بیشتر است. پرتوهای الکترونی دارای چگالی توانی در حدود 10-6 وات بر اینچ مربع هستند که برای تبخیر هر فلز کافی است. هدف تفنگ پرتو الکترونی شتاب بخشیدن و متمرکز کردن الکترون های خارج شده توسط رشته به یک پرتو باریک و با سرعت بالا است که می تواند برای جوشکاری استفاده شود.

سیستم پمپاژ خلاء

محفظه خلاء جوشکاری پرتو الکترونی معمولاً مستطیل شکل است، دارای پنجره‌های شیشه‌ای سنگین است تا در حین انجام جوشکاری، کار مشاهده شود. سیستم پمپاژ خلاء فضای داخلی تفنگ الکترونی و محفظه کار را تخلیه می کند. هنگامی که فضای داخلی تخلیه می شود:

1. الکترون ها در دمای کمتری گسیل می شوند.
2. مولکول های هوا یا بخار فلز را از داخل تفنگ حذف می کند.
3. پرتو الکترونی با پراکنده شدن یا جذب شدن توسط مولکول های هوا یا بخار فلزی انرژی را در داخل تفنگ حفظ می‌کنند.

بیشتر بخوانید: جوشکاری میگ یا مگ کدام را انتخاب کنیم؟

متغیرهای فرآیند

متغیرهایی که جوشکاری پرتو الکترونی را کنترل می کنند عبارتند از:

1. ولتاژ شتاب دهنده
2. جریان پرتو
3. سرعت جوش
4. جریان متمرکز
5. فاصله تفنگ تا محل کار

هنگامی که ولتاژ شتاب دهنده یا جریان در جوشکاری پرتو الکترونی افزایش می یابد یا زمانی که سرعت جوش کاهش می یابد، نفوذ افزایش می یابد. میزان ولتاژ شتاب دهنده و جریان پرتو مقدار فلز ذوب شده را تعیین می کند. جریان متمرکز، فاصله کانونی پرتو را کنترل می کند. عوامل دیگر ثابت هستند، فاصله تفنگ تا کار تعیین کننده اندازه نقطه پرتو در محل کار است.

بیشتر بخوانید: ضرر جوشکاری آلومینیوم برای بدن انسان چیست؟

مهم‌ترین مزایای جوشکاری پرتو الکترونی

جوشکاری پرتو الکترونی مزایای زیادی به همراه دارد که در ادامه مهم‌ترین آن‌ها را مشاهده می‌کنید:

• جوش های تولید شده از کیفیت بالایی برخوردار هستند (عاری از تخلخل و آلودگی جوی) و می توانند با سرعت بالا ساخته شوند.
• از آنجایی که انرژی ورودی در یک پرتو متمرکز باریک است، اعوجاج تقریباً حذف می شود.
• خلاء جوشکاری امکان جوش در فلزات بسیار واکنش پذیر مانند تیتانیوم، زیرکونیوم و غیره را با همان کنترل خلوص مواد اولیه امکان پذیر می کند.
• سطوح اتصالات جوشی تمیز و روشن هستند و بدون اکسید، رسوب یا سرباره شار هستند و بنابراین پس از اتمام جوش نیازی به تمیز کردن ندارند.
• جوش های جوشکاری پرتو الکترونی نسبت عمق به عرض بسیار مطلوبی دارند. نفوذ بسیار عمیق تری را می توان در یک پاس به دست آورد.
• با این روش قطعات نازک کوچک را می توان به بخش های سنگین جوش داد.
• جوش لبه و لبه را می توان در فلزاتی به نازکی 0.025 میلی متر ساخت.
• بر روی فولاد ضد زنگ که ضخامت آن به 100 میلی متر می رسد، می توان یک جوش را در یک پاس با نفوذ کامل انجام داد، با سرعت تقریبی 17 سانتی متر در دقیقه.
• توان ورودی در مقایسه با توان مورد نیاز سایر دستگاه های جوشکاری الکتریکی کم است.

بیشتر بخوانید: بهترین فلزات مناسب جوشکاری کدام‌اند؟

معایب جوشکاری با پرتو

حال که با مزایای جوشکاری پرتو الکترونی آشنا شدید بد نیست معایب آن‌را نیز بدانید. اصلی‌ترین معایب این روش جوشکاری عبارتند از:

• هزینه اولیه تجهیزات بالا است و تجهیزات قابل حمل در این روش نادر هستند.
• ایجاد شرایط خلاء دشوار است.
• برای جلوگیری از آسیب ناشی از اشعه ایکس اقدامات احتیاطی لازم است.
• با روش جوشکاری پرتو الکترونی اتصالات مسدود شده را نمی توان جوش داد.
• به کارکنان آموزش دیده ای نیاز است که پیدا کردن آنها دشوار است.