Ионно-лучевая сварка. 
Сварка и пайка в авиационной промышленности

Ионно-лучевая сварка является новым процессом, однако имеются отдельные примеры практического применения ее для сварки коррозионно-стойкой стали толщиной до 3 мм и высокоглиноземистой керамики. Проведенные исследования процесса сварки этим методом показали его перспективность в решении ряда специфических задач, прежде всего сварки неметаллических материалов, сварки в космосе, легирования металла ионами в процессе сварки. Объясняется это некоторыми особенностями ионно-лучевого источника нагрева, подробно показанными ранее при характеристике его как источника теплоты. Одним из основных факторов, сдерживающих применение ионно-лучевой сварки, является невысокая удельная мощность пучка в пятне нагрева, значительно меньшая, чем при электронно-лучевой сварке. Дальнейшее совершенствование оборудования и технологии сварки ионным лучом будут способствовать расширению ее возможностей и успешному внедрению в авиационную промышленность.

Сварка в вакууме полым электродом

Рассматриваемый метод сварки обладает многими качествами, присущими электронно-лучевой сварке: большой проплавляющей способностью, высокой эффективностью защиты металла вакуумом. В то же время он не требует применения сложного оборудования, специальных высоковольтных источников питания, как это необходимо при электронно-лучевой сварке. По сравнению с аргонодуговой сварка полым катодом в вакууме обеспечивает повышенную концентрацию тепловой энергии со всеми вытекающими из этого последствиями: увеличением скорости сварки, уменьшением деформаций, остаточных напряжений, размеров зоны теплового воздействия, а также позволяет существенно сократить расход инертного газа.

Схема сварки полым электродом представлена на рис. 2.35. Свариваемое изделие 5 помещается в вакуумную камеру 2, в которой с помощью вакуумных насосов создается вакуум 1,33—0,0133 Па. Положительный полюс сварочного источника питания постоянного тока подключается к изделию, а отрицательный — к полому вольфрамовому или танталовому электроду 1. В канал электрода подается небольшое количество инертного газа аргона, и дуга 7 возбуждается. Если количество поступающего аргона дозировать так, чтобы в камере вакуум не был ниже 665 Па, то катодное пятно локализируется только внутри канала сопла, при этом дуга фокусируется и позволяет получать достаточно высокую концентрацию энергии. Выделяющееся при сварке тепло отводится в результате охлаждения корпуса 3 горелки водой. Загрузка деталей производится через загрузочный люк. Вакуумное уплотнение люка и камеры обеспечивается благодаря резиновой прокладке б. Наблюдение за процессом сварки осуществляется через смотровое окно 4.

При чрезмерном увеличении подачи газа давление в камере может возрасти более 665 Па. Тогда катодное пятно начинает блуждать по торцу электрода, нарушая этим самым нормальный процесс сварки.

При малых токах дуга, выходящая из электрода, практически не видна, а при сварке на больших токах представляет собой прозрачный голубоватый разряд цилиндрической формы. Дуга такой формы сохраняет одинаковую проплавляющую способность при колебаниях ее длины в большом диапазоне (рис. 2.36, а), что является ее существенным технологическим преимуществом по сравнению с обычной дугой.

Рис. 2.35. Схема сварки полым катодом в вакууме.

На практике регулирование глубины проплавления производится изменением тока и расхода инертного газа. Наиболее заметно на глубину и ширину проплавления влияет сварочный ток (рис. 2.36,6) и в меньшей степени — расход газа (рис. 2.36, в). С уменьшением расхода газа проплавляющая способность дуги возрастает. По мере повышения расхода газа она достигает минимума, а затем несколько увеличивается, что объясняется возросшим силовым воздействием потока газа на сварочную ванну. Однако при значительных расходах газа для сохранения требуемого разрежения в камере необходимы более производительные вакуумные насосы.

Сварка полым вольфрамовым электродом имеет ряд недостатков, одним из них является постепенный износ канала электрода. Это ограничивает время непрерывной работы электрода 1—5 ч в зависимости от марки вольфрама, диаметра отверстия электрода, силы тока.

Недостатком рассмотренного метода сварки является также ограниченная мощность дуги, обусловленная стойкостью материала полого электрода.

Полым электродом в вакууме в настоящее бремя свариваются детали малой и средней толщины из активных по отношению к кислороду металлов, например титана.

Рис. 2.36. Зависимости глубины Н и ширины шва В от длины межэлектродного промежутка / (а), силы тока /_д (б) и величины расхода газа Q (в) Так же как и при сварке ионным лучом, сварка полым катодом может найти применение для сварочных работ в условиях космоса.