Prelucrarea Cu Fascicul de Electroni Proiect

PROIECT TEHNOLOGII NECONVENTIONALEUNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ-NAPOCA

1.Introducere:

1.1 Considerații generale

Din toate particulele cunoscute, electronii cel mai ușor pot fi concentrați într-un fascicul

cu o energie specifică înaltă, deoarece ei posedă cel mai mare raport între sarcină și masă.

Fasciculul de electroni privit ca o sursă de căldură, este superior practic asupra tuturor

metodelor de concentrare a energiei după puterea specifică și precizie.

Prelucrarea cu fascicul de electroni se bazează pe transformarea energiei cinetice a

electronilor focusați, ce se mișcă cu o viteză înaltă, în căldură la atingerea suprafeței de

prelucrat a piesei, conform schemei de principiu din figura 3.1: a – formarea sursei termice; b –

formarea craterului de eroziune; c – repetarea impulsului; 1 – fascicul de electroni; 2 –

piesă; 3 – strat de material transparent pentru electroni; 4 – crater de eroziune; 5 – zonă

lichidă; 6 – zonă solidificată.

Figura 3.1 – Schema de principiu a prelucrării cu fascicul de electroni

În rezultatul ciocnirii electronilor de suprafață, aceștia pătrund prin stratul superficial al materialului şi ajung până la o anumită adâncime, unde energia cinetică a electronilor acumulată în procesul de mișcare se transformă în căldură, în rezultatul căreia zona de

prelucrarea se încălzește pînă la temperaturi mai mari de 6000ºC și materialul se

vaporizează [1].

1


Este cunoscut că la încălzirea metalului de pe suprafața acestuia sînt emiși electroni.

Energia cinetică a acestor electroni nu este prea mare, însă, acționînd asupra lor cu un cîmp

electric, viteza de mișcare și respectiv valoarea energiei cinetice acumulate pot fi mărite

considerabil. Valoarea energiei cinetice acumulate poate fi determinată cu relația:

(3.1)

unde: m este masa electronului, egală cu 9,1·10-31 kg;

e - sarcina electronului, egală cu 1,6·10-19 C;

v - viteza de mișcare a electronului, m/s;

Uac - diferența de potențial dintre catod și anod (tensiunea de accelerare), V.

Pentru a reduce rezistența opusă mișcării electronilor, în spațiul de lucru se asigură un

vid destul de înaintat (10-2-10-4 Pa), ca rezultat distanța parcursului liber al electronilor

depășește dimensiunile liniare ale spațiului de lucru și electronii nu se ciocnesc cu moleculele

mediului. Viteza de mișcare a electronilor poate fi determinată cu relația:

(3.2)

Una din particularitățile caracteristice ale încălzirii prin bombardarea cu electroni este

eliberarea interioară a energiei electronilor în material la frînarea acestora. S-a stabilit

experimental, că electronii ce posedă o anumită cantitate de energie, pot pătrunde în adîncul

materialului la bombardarea acestuia. Grosimea stratului de suprafață al substanței, în care are

loc pierderea completă a energiei electronului în rezultatul unui șir de ciocniri cu nucleele

atomilor și electronii structurii cristaline, determină parcursul electronului, valoarea căruia se

determină cu relația:

(3.3)

unde: este densitatea substanței, g/cm3.

La pătrunderea electronilor în metal, mișcarea lor este treptat frînată în rezultatul

interacțiunii cu electronii și nucleele atomilor. Pentru materialele utilizate pe scară largă și

tensiunile de accelerare, adîncimea parcursului electronilor constituie cîteva zeci de μm.

Necătînd că această adîncime nu este mare, considerarea ei este destul de însemnată la 2


înțelegerea legităților de bază a mecanismului de prelucrare a materialelor cu fascicul de

electroni, mai ales la valori mari a puterii specifice a faciculul de electroni.

Astfel, spre deosebire de metodele simple de concentrare a căldurii, ce realizează

încălzirea prin suprafața metalului, eliberarea energiei la prelucrarea cu fascicul de electroni

are loc nemijlocit în material, cu atăt mai mult că eliberarea cea mai intensă a căldurii se

observă la o oarecare adîncime.

Energia cinetică acumulată de electroni în cea mai mare parte se transformă în căldură.

Puterea specifică (densitatea puterii) în pata focală poate fi determinată cu relația:

(3.4)

Aici k este constanta ce depinde de construcția și raportul dimensiunilor geometrice al

sistemului electrono-optic;

ie - densitatea curentului de emisie pe catod, A/cm2.

O parte din energia cinetică a electronilor (pînă la 3%) se transformă în radiație

luminiscentă și radiație Roentgen, puterea cărora constituie:

(3.5)

unde: I este intensitatea curentului fasciculului de electroni, A;

Z - numărul de ordine al elementului în tabelul periodic.

Factorul de bază, ce determină funcționarea instalației de prelucrare cu fascicul de

electroni, îl constituie fluxul de electroni dintre doi electrozi - catodul, ce emite electroni, și

anodul, care îi colectează (absoarbe). Emisia de electroni de pe catod, se efectuează în baza

electronilor liberi ce rătăcesc între ionii structurii cristaline. După caracterul de apariție, se

deosebesc următoarele tipuri de emisii electronice: termoelectronică, secundară, foto- și

autoelectronică. Pentru instalațiile de prelucrare cu fascicul de electroni, un interes mai mare îl

reprezintă primele două tipuri de emisii.

Emisia termoelectronică determină valoarea energiei cinetice acumulate de fasciculul de electroni, sau curentul de emisie. Emisia secundară (fenomen foarte nedorit) apare la bombardarea suprafețelor metalice cu un flux de electroni, care duc la desprinderea electronilor de pe suprafața de prelucrat (ionizarea de șoc, sau emisia de șoc), în rezultatul căreia în zona de prelucrare se formează un flux de electroni secundari cu sens invers, care se

3


mai numește „sarcină spațială negativă”. Valoarea cea mai mare, atinsă de emisia secundară se obține la acțiunea continuă a fluxului de electroni asupra piesei.

Prezența „sarcinii spațiale negative” duce la pierderea focusării a fasciculului de

electroni, abaterea a acestuia și micșorarea puterii specifice a acestuia [1]. Particularitățile de

bază ale fasciculului de electroni ca un instrument pentru microprelucrări, sînt: este ușor de

focusat și de modelat după putere; fasciculul nu posedă inerție, și poate fi momentan deplasat

în orice punct al suprafeței de prelucrat. Aceste aspecte ale fasciculului de electroni, la fel ca și

un șir de alte proprietăți, au dus la utilizarea pe scară largă a unor procese electrotehnologice

ca prelucrarea dimensională cu fascicul de electroni, sudarea, topirea metalelor și

semiconductoarelor.

Cele mai multe procese se desfăşoară în vid, deoarece atmosfera ar provoca o frânare

şi dispersie a fasciculului

Procedeul de prelucrare cu fascicul de electroni are şi neajunsuri. Unul dintre acestea este generarea radiaţiei X în timpul prelucrării, motiv pentru care se iau măsuri speciale de protecţie.

Fig. 1 – Fazele de încălzire ale materialului

a – încălzirea locală; b – încălzirea cu topirea materialului; c,d – modificarea profilului zonei topite; e – eliminarea explozivă a topirii.

4


1.2 FENOMENE FIZICE LA PRELUCRAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

Elementul primar, care stă la baza fenomenelor fizice ce au loc la prelucrarea cu

fascicul de electroni, este particula elementară cu sarcina negativă – electronul – caracterizat prin sarcina: e =1,602 10-19C; masa: me=9,109 10-31kg; raza: re=2,82 10-5m; sarcina specifică: e/me=1,759 1011C/kg.

Numărul electronilor dintr-un atom depinde de elementul respectiv şi este egal cu numărul atomic din tabelul periodic al lui Mendeleev.

Electronii liberi se pot obţine prin încălzirea suprafeţei unui metal cu o anumită cantitate de energie, care se transferă electronilor, şi aceştia părăsesc suprafaţa metalului, având loc aşa numita emisie termo-electronică.

Accelerarea electronilor se poare realiza pe două căi: prin aplicarea unui câmp electric sau prin aplicarea unui câmp magnetic.

1.2.1. Densitatea de curent

Densitatea de curent, qe, realizată depinde de caracteristicile termofizice ale emiţătorului respectiv (catod), temperatura de încălzire, proprietăţile suprafeţei catodului şi se poate determina cu ajutorul relaţiei Richardson – Dashmann:

unde : A – este constanta de emisie, care depinde de natura substanţei emiţătoare şi are în general, valori de 40 ... 70A/cm2T2 pentru metalele pure; T – temperatura absolută a emiţătorului [K]; eΦ0 – energia specifică a emiţătorului [J]; k – constanta lui Boltzmann (k=1,38 1023J/K).

Deşi densitatea curentului se impune a fi de valori cât mai ridicate, totuşi, datorită interdependenţei dintre mărimea acesteia şi temperatura de încălzire a emiţătorului, este necesară delimitarea acestor valori, întrucât supraîncălzirea emiţătorului duce la o evaporare accentuată a metalului de bază, şi implicit, la scăderea duratei de funcţionare a acesteia.

1.2.2 Bombardarea cu fascicul de electroni

Din punct de vedere fizic, bombardamentul cu fascicul de electroni este însoţit de fenomene secundare, care consumă o parte din puterea fasciculului.

Randamentul efectiv al sudării are valori de cca 60-95%. Într-un material de oţel- carbon s-au obţinut următoarele valori ale pierderilor energetice (fig. 2): prin electronii

5


retrodifuzaţi < 4%, prin vaporizare 0,5 – 2%, prin radiaţii X, 0,5%. Pentru cazul considerat, materialul de bază preia cca 93 – 95% din energia totală a fasciculului.

Fig. 2 – Fenomene secundare la bombardarea cu FE.

1.2.3. Încălzirea, topirea şi vaporizarea la bombardarea cu fascicul de electroni

În momentul impactului electronilor acceleraţi cu suprafaţa piesei, energia cinetică a acestora este transferată atomilor de metal supuşi bombardamentului electronic. Acest transfer de energie duce la creşterea temperaturii materialului, fapt ce are ca rezultat încălzirea şi topirea rapidă (fig. 3.a) urmată de vaporizarea materialului.

Acest fenomen de încălzire, topire, vaporizare are loc în trei faze succesive (fig 3.b)

astfel:

6


a b

Fig. 3. – Fazele succesive de încălzire, topire şi vaporizare a materialului

a – încălzirea rapidă şi topirea materialului; b – vaporizarea – expulzarea materialului topit.

a) În prima fază la impactul cu piesa fasciculul electronic pătrunde în stratul superficial, până la adâncimea, δ, care poate fi calculată, în cazul unor tensiuni de accelerare de 10 – 82kV cu ajutorul relaţiei:

7


d = 2,6 ⋅ 10−11U2

ρ [mm] (2)

unde : U – este tensiunea de accelerare [V]; ρ – este densitatea materialului prelucrat

[g/cm2].

b) În faza a doua, la adâncimea δ, circa 60 – 95% din energia cinetică a electronilor este cedată sub forma de căldură, ducând la încălzirea prin inducţie a materialului metalic în zona respectivă.

Încălzirea materialului metalic se poate analiza cu ajutorul ecuaţiei diferenţiale a conductivităţii termice dată de relaţia:

2 k l T∂T( x, t )

= a ∂ T( x, t )

+ C 0 e

∂t ∂x2 cρ

(3)

8


unde : T – este temperatura mediului ambiant; x – distanţa măsurată de la suprafaţa piesei; t – timpul; a – coeficientul conductivităţii termice; c – căldura specifică a metalului de prelucrat; k1 –

coeficient de absorbţie a energiei; Co – constanta procesului.

În general pentru a se realiza topirea metalului sunt necesare densităţii de putere de ordinul 105 ... 108 W/cm2, care asigură – prin focalizarea spotului fasciculului de electroni – obţinerea

unor temperaturi de 5000 ... 6000oC.

c) În faza a treia, are loc o creştere a presiunii specifice a vaporilor de metal topit, care duce la expulzarea sub forma unei microexplozii a stratului de metal topit şi evacuarea cu presiune a vaporilor de metal, piesa fiind străpunsă prin formarea unui crater pe suprafaţa acestuia.

Prelucrarea cu fascicul de electroni se poate face şi în regim de impulsuri cu durata de

10-4 ... 10-5s.

1.3 Constituția instalației de prelucrare cu fascicul de

electroniO instalaţie de prelucrare cu fascicul de electroni este prezentată în figura 3.2 [2]: 1 –

transformator coborâtor de tensiune; 2 – catod din W sau Ta, încălzit la 2.300 °C; 3 – grilă anodică; 4

– anod; 5 – bobine de focalizare; 6 – incintă vidată; 7 – fascicul de electroni; 8 – piesă; 9 – dispozitiv

binocular de urmărire şi control; 10, 11 – sănii pentru deplasarea piesei în coordonate rectangulare

(mişcările I şi II). Instalaţia se mai numeşte tun electronic. Vidul este destul de înaintat (10-2...10-3

daN/cm2), pentru evitarea ciocnirii electronilor de moleculele de aer şi posibilitatea focalizării lor.


Figura 3.2 – Instalaţie de prelucrare cu fascicul de

electroni

Legile mișcării electronilor în vid au multe puncte comune cu sistemele optice. Cîmpurile

magnetice și electrice ce acționează asupra fluxului de electroni au aceleași funcții ca și lentilele de

sticlă sau prismele în domeniul opticii. Deaceea pentru gestionarea cu fluxul de electroni sînt aplicate

metode electrice de focusare și refracție a acestuia. Sistemul de deviere (abatere) servește pentru

gestionarea mișcărilor a razei de electroni pe suprafața de prelucrare a piesei. Într-un șir de cazuri se

utilizează plăci de deviere ce formează un cîmp electric transversal (Figura 3.3), însă o răspîndire mai

largă au căpătato sistemele electromagnetice, confecționate în formă de bobine dreptunghiulare,

asamblate în perechi, iar fiecare pereche este defazată sub un unghi de 90º una față de alta (Figura

3.4), împreună ele asigurînd abaterea razei pe două traiectorii perpendiculare una față de alta.

Figura 3.3 Figura 3.4


La trecerea curentului continuu cu valori diferite concomitent prin fiecare bobină (sau

modificînd intensitatea cîmpului electric între plăci), se poate modifica traectoria fasciculului de

electroni. Alegerea metodei de deviere (electrostatică sau electromagnetică) depinde de tipul și

caracterul funcționării al tunului electronic reieșind din considerații energetice și tehnologice. Este

cunoscut că, după energia cîmpului, acumulată în zona de deviere, devierea electrostatică este de 2-

5 ori mai efectivă decît cea magnetică. Cu considerarea consumului total de energie și la aceeași

bandă de trecere, utilizarea devierii electrostatice este mai rentabilă numai pentru unghiuri ce nu

depășesc 3-7º; la unghiuri mai mari este mai rentabilă devierea magnetică.

Dacă nu se întreprind măsuri corespunzătoare, fasciculul de electroni format de tun, pe

durata mișcării se va lărgi sub acțiunea sarcinii spațiale, deaceea pentru menținerea formei și

dimensiunilor acestuia se aplică focalizarea, utilizînd din nou fenomenul interacțiunii cîmpurilor

electric și magnetic cu fluxul de electroni. După principiul de formare a fasciculului de electroni se

deosebește focusarea electrostatică, electromagnetică sau magnetică.

La ieșirea din orificiul anodului, fasciculul de electroni se risipește sub acțiunea sarcinii

spațiale. Apariția sarcinii spațiale este legată de faptul că la densități relativ mari a fasciculului de

electroni și la tensiunea anodică joasă, nu toți electronii emiși de catod, ajung la anod. O parte din

electroni ce au pierdut din viteză în urma interacțiunii unuia cu altul sau cu moleculele gazului, se

rețin în spațiul dintre anod și catod, se acumulează și formează așa numitul „nor de sarcină spațială”.

O sarcină spațială negativă de același tip se formează și după anod, care împiedică trecerea liberă de

mai departe a fluxului de electroni, deformînd traiectoria acestora, și în anumite condiții chiar

favorizează întoarcerea unei cantități semnificative de electroni înapoi spre catod, micșorînd astfel

valoarea curentului anodic.

Deaceea, pentru a menține dimensiunile și forma fasciculului de elctroni, este necesar de a

majora tensiunea pe anod pînă la limitele admisibile sau aplicarea uneia din metodele de focusare.

Posibilitățile celei dintîi modalități sînt reduse, deoarece la majorarea tensiunii de accelerare crește și

valoarea radiației Roentgen, anume din acest motiv o modalitate mai accesibilă și mai efectivă de

obținere a unui fascicul de electroni cu o densitate mare îl constituie focusarea.

Focusarea electrostatică se utilizează în instalațiile de prelucrare cu fascicul de electroni de

putere mică, destinate pentru procesele de microsudare. Distanța de focusare f a lentilelor

electrostatice se determină cu relația:

(3.6)


unde: k este coeficientul de proporționalitate;

E - intensitatea cîmpului electric transversal, W/cm.

Modificînd acești parametri se poate realiza relativ ușor schimbarea distanței de focusare a

lentilei electrostatice. Trebuie de menționat însă, că din cauza unor dificultăților tehnice (pericolul

apariției descărcărilor și străpungerii spațiului dintre electrozii de focusare din cauza vidului înaintat

sau prezenței vaporilor de metal) focusarea electrostatică se aplică foarte rar.

O altă metodă de focusare a fasciculului de electroni este utilizarea lentilelor

electromagnetice (asemănătoare cu cele utilizate în sistemele de deviere), funcționarea cărora se

bazează pe legile interacțiunii cîmpului magnetic cu raza de electroni. Însă pentru focusare se

utilizează numai lentilele magnetice „subțiri”, adică acele lentile ale căror lungime este cu mult mai

mică decît diametrul. Pentru majorarea raportului diametru-lungime, bobinele de focusare de regulă

sînt plasate într-o armură din ARMCO-fier cu grosimea pereților de 5-10 mm, ceea ce reduce

considerbil cîmpurile de dispersie ale bobinelor, concentrează cîmpul magnetic efectiv într-o zonă

mică (îngustă), datorită cărui fapt se micșorează numărul spirelor-Amper.

Datorită faptului că cîmpurile de dispersie ale bobinelor de deviere pătrund în zona cîmpului

de focusare și pot provoca aberații considerabile ale fasciculului, sistemul de deviere este amplasat la

distanță și ecranat de sistemul de focusare.

Calitatea instalațiilor de prelucrare cu fascicul de electroni este caracterizată de parametrii

sistemului opto-electronic al acestora: tensiunea de accelerare limită, determinată de rigiditatea

dielectrică a izolației dintre catod și anod; valoarea limită a curentului anodic; conductibilitatea

sistemului opto-electronic.

1.3.1. Tunul electronic

Turnul electronic este subansamblul principal al unei instalaţii de prelucrare cu fascicul de electroni, asigurând principalele funcţiuni: producerea electronilor liberi, formarea fasciculului de electroni, focalizarea şi direcţionarea acestuia, (fig. 5) în care: 1 – catodul termorezistiv; 2 – catod – cilindru Wehnelt; 3 – anodul de accelerare; 4 – lentila electromagnetică; 5 – sistemul de deflexie (deflectorul); 6 – piesa de prelucrat; 7 – sursa de tensiune înaltă, iar in fig. 6, se prezintă tunul tip Steigerwald, care echipează instalaţia T15 prezentată în fig. 8.


Steigerwald

1.3.2 Tipuri constructiv – funcţionale de tunuri electronice

Principalele tipuri de tunuri electronice (fig. 7) sunt:

a) tunul diodă (tunul Pierce) (fig. 7.a) prezintă dezavantajul că nu permite reglarea intensităţii curentului fasciculului electronic independent de tensiunea de accelerare şi din această cauză sunt tot mai rar utilizate.


Fig. 7 – Tipuri de tunuri electronice

a – tunul diodă; b – tunul triodă; c – tunul triodă cu focalizare la distanţă.

unde: 1 – catod – cilindru Wehnelt; 2 – catodul termorezistiv; 3 – anodul; 4 –

sistemul de focalizare; 5 – anodul de accelerare; 6 – piesa de prelucrare.

b) tunul triodă (fig. 7.b) prezintă posibilitatea reglării independente a intensităţii curentului fasciculului electronic, datorită faptului că în construcţia sa este prevăzută legarea în circuit separat de alimentare a electrodului de polarizare.

c) tunul trioda cu focalizare la distanţă (tunul Steigerwald) (fig. 7.c) permite focalizarea la distanţe relativ mari (circa 1m) a spotului fasciculului electronic, datorită tensiunilor mari de accelerare utilizate.

În funcţie de mărimea tensiunii de accelerare produsă de echipamentul electric corespunzător, tunurile electronice sunt de trei tipuri, şi anume, tunuri electronice cu tensiuni mici de accelerare: U=10 ... 60V; tunuri electronice cu tensiuni medii de accelerare: U=20 ... 100kV; tunuri electronice cu tensiuni mari de accelerare: U=80 ...

175kV.

Fig. 8 – Instalaţie cu fascicul de electroni tip T15, Steigerwald.


În fig. 8 se prezintă o instalaţie de prelucrare cu fascicul de electroni tip T15, Steigerwald – Germania, având o tensiune de accelerare reglabilă în domeniul 3 ... 60kV, cu dimensiunile camerei de lucru de 250 x 300mm, la un vid de 10-2torr.

În cazul utilizării unor tensiuni înalte de accelerare (peste 100kV), se impune conducerea, proceselor cu circuite închise de televiziune, din cauza puternicelor emisiuni de raze X.

2. SUDAREA CU FASCICUL DE ELECTRONI

2.1. Principiul procedeului de sudare cu fascicul de electroni

In cadrul procedeelor de sudare cu arc electric s-a aratat faptul ca materialul de baza si materialele de adaos se topesc datorita bombardamentului exercitat de electronii, respectiv ionii accelerati in coloana arcului. Bazandu-se pe acest fenomen, in 1956, francezul Stohr a brevetat procedeul de sudare prin bombardament electronic. El a plecat de la ideea ca electronii pot fi concentrati respectiv accelerati astfel incat sa bombardeze un material cu o densitate energetica ridicata.

Deci sursa termica la sudarea cu fascicul de electroni o constituie un fascicul de electroni accelerati de un camp electrostatic, de o diferenta de potential inalta, avand deci o energie cinematica mare, care se transforma in caldura la impactul cu materialul de sudat.Fasciculul de


electroni este produs intr-un dispozitiv numit „tun electronic” (tun Pierce),

Fig.1

Tunul electronic este format dintr-un catod 3 si un anod 4. Incalzirea catodului se realizeaza cu filamentul 2, alimentat printr-un transformator cu energie electrica 1. Catodul este de obicei dintr-o banda de wolfram sau tantal, incalzit la temperaturi inalte, el emite electroni prin efect termoelectronic. Anodul este o placa cu un orificiu central. Electronii emisi de catod sunt accelerati de anod si trec prin orificiul anodului spre metalul pieselor de sudat.

Deplasarea electronilor, dupa trecerea prin orificiul anodic, se efectueaza datorita fortelor de inertie. Viteza electronilor accelerati este de circa 100 Km/s. Energia cinetica a electronilor accelerati se transforma in energie termica si rezulta o incalzire rapida a materialului de baza supus sudarii.

Fasciculul de electroni are tendinta de dispersie dupa trecerea prin anod. Aceasta tendinta este impiedicata de o bobina de focalizare 5. Bobina de focalizare electromagnetica asigura concentrarea fasciculului si convergenta acestuia pe o zona foarte redusa.

Instalatiile de sudat cu fascicul de electroni, sunt prevazute cu un dispozitiv optic pentru vizualizarea imbinarii sudate.

Diferenta de potential intre catod si anod se numeste tensiune de accelerare. Modificarea acceleratiei fasciculului se poate face si modificand distanta dintre anod si catod. In plus, catodul este sub forma unei oglinzi (clopot) contribuind la convergenta fasciculului spre centrul anodului. Intensitatea fasciculului este materializata de numarul de electroni existenti in fascicul si acesta depinde de temperatura de incalzire a catodului, precum si de tendinta de focalizare a oglinzii catodului.


Ca atare, puterea fasciculului poate fi reglata fie prin tensiunea de accelerare, fie prin temperatura catodului.

Variatia tensiunii de accelerare nu are acelasi efect ca variatia de intensitate. O crestere a tensiunii de accelerare produce un fasicul lung si ingust cu o mica suprafata de impact cu piesele de sudat si ca atare cu o penetratie (patrundere) mare. Fasciculul cu intensitate mai mare are o densitate energetica mai mica asigurand incalzirea unei zone mai mari a pieselor de sudat.

In tubul electronic, vidul este de ordinul 10-410-5 torr, iar in incinta de sudare vidul creat de catre pompa de vid este de ordinul 10-110-2 torr.

Vidul in camera de lucru, respectiv in incinta in care se lucreaza, este necesar din doua puncte de vedere. In primul rand evita reducerea energiei cinetice a electronilor accelerati ca urmare a impactului cu ionii din aer. In al doilea rand asigura protectia suprafetei libere a baii de metal topit, a cordonului, impotriva actiunii elementelor din mediul inconjurator, din aer. Astfel in figura 2 se prezinta diferenta de patrundere a unei imbinari sudate cu fascicul de electroni, in conditiile unei presiuni a incintei de 10-2 torr, respectiv de 0,5 torr.

Fig. 2.Deci, cu cresterea presiunii in camera de sudare, patrunderea si coeficientul de suplete al

cusaturii scad.Sudarea cu fascicul de electroni, sub aspect energetic, se caracterizeaza printr-un

randament relativ ridicat, astfel circa 6090% din energia cinetica a fasciculului de electroni (fig. 3) este transformata in caldura si administrata pieselor de sudat.

Fig. 3.


Randamentul este cu atat mai mare, cu cat supletea fasciculului de electroni, este mai mare.

In procesul de sudare se pierde energie prin efectul electronilor retrodifuzati si secundari, care preiau circa 540% din energia fasiculului.

Totodata, cu importanta minora sunt si razele X, ce apar cu o pondere energetica de 1% sau lumina, cu o pondere de aceeasi proportie.

Producerea razelor X impune masuri de protectie pentru operatori.Referindu-ne la energia propriu-zisa pentru realizarea cordonului, circa 1560% din energia

cedata pieselor si transformata in caldura, este folosita la operatia de topire a materialelor, in vederea realizarii cusaturii. Restul cantitatii de caldura transmisa componentelor este folosita pentru incalzirea acestora, pierderi de energie prin conductie termica, in materialul ce se sudeaza, precum si pentru vaporizarea materialului sudat, respectiv absorbtia caldurii latente de vaporizare.

2.1 Performantele sudarii cu fascicul de electroni

Sudarea cu fascicul de electroni se caracterizeaza printr-o puternica concentrare de energie, densitatile de putere sunt cuprinse intre 105108 W/cm2. Ca urmare a concentrarii puternice a energiei, patrunderea cusaturii este mare si foarte mare. Se pot suda dintr-o singura trecere piese cu grosimi cuprinse intre 0,5300 mm.

Cusaturile sunt, ca atare, foarte inguste si prin urmare, zonele influentate termic sunt de dimensiuni reduse. Vitezele mari de topire si solidificare favorizeaza formarea unor structuri cu granulatie fina.

Practic, tensiunile de accelerare sunt cuprinse intre 2060 KV, realizand patrunderi de ordinul a 50200 mm la oteluri. Puterea specifica (puterea raportata la suprafata de actiune) a sudarii cu fascicul de electroni este de circa. 1000 mai mare decat cea corespunzatoare sudarii cu arcul electric normal. Sudarea cu fascicul de electroni se considera sub aspect energetic, de 10100 ori mai eficienta decat cea cu arcul electric.

Sudarea cu fascicul de electroni prezinta insa si unele dezavantaje. Dintre acestea se mentioneaza faptul ca marginile pieselor de sudat trebuie sa fie pregatite foarte precis, astfel incat latimea rostului sa fie cuprinsa intre 0,050,2 mm, constanta pe intreaga lungime.

In procesul producerii operatiei de topire cu fascicul de electroni, apar radiatii secundare sub forma razelor X, periculoase pentru operator, ceea ce implica masuri speciale de protectie. Instalatiile de sudare sunt de obicei stationare datorita lungimii mari a tunului electronic. Uneori pentru puteri mici, se folosesc si pistolete, ce pot fi deplasate la componentele de sudat.

In octombrie 1969, URSS a sudat cu bombardament electronic, in cosmos, in absenta atmosferei.

2.2 Design constructiv-tehnologic

La proiectarea imbinarilor sudate cu fascicul de electroni se are in vedere patrunderea foarte mare si latimea redusa a imbinarii sudate.

Astfel, la sudarile cap la cap, asa cum s-a aratat, este necesara prelucrarea foarte precisa a celor componente, astfel incat latimea rostului sa fie de ordinul 0,050,2 mm.


Pentru evitarea strapungerii tablelor si scurgerea metalului topit, respectiv vaporizat, pe partea opusa, se practica fie aplicarea unui adaos la radacina cordonului (fig. 4.a), fie ingrosarea zonei in care se realizeaza cordonul (fig. 4.b), fie realizarea unui guler la una dintre componente (fig. 4.c).

Fig. 4.La imbinarile sudate de colt in T, cordonul de sudura joaca rolul unui „cui”, ca in cazul

asamblarilor din lemn. El, datorita patrunderii mari, asigura imbinarea dintre componente, in conditiile in care axa cordonului este perpendiculara pe una dintre componente si paralela cu cealalta.

Astfel daca, capacitatea de rezistenta a imbinarii din figura 5.a este insuficienta , se poate practica imbinarea cu doua „cuie” de sudura (fig. 5.b.).

Fig. 5.Aceleasi considerente se aplica si la sudarea de colt prin suprapunere, in care fasciculul de

electroni, poate fi dirijat perpendicular pe componentele de sudat (fig. 5.c.) sau in lungul suprafetei de separatie a acestora (fig. 5.d.).

Pentru structurile din tevi, sudarea cu fascicul de electroni poate asigura fie compartimentarea longitudinala a tevii (fig. 6.a), fie compartimentarea transversala (fig. 6.b). Uneori este posibila sudarea a doua piese in zone inaccesibile, dupa ce fasciculul de electroni a traversat una din piese. Astfel, in figura 6.c, se sudeaza intre ele doua tevi, prin strapungerea uneia si solidificarea cordonului la piesa strapunsa initial.


Fig. 6.

2.3. Tehnologia sudarii cu fascicul de electroni

Sudarea cu fascicul de electroni poate fi realizata functie de utilajul folosit in trei variante:- sudarea in vid inaintat, in conditiile in care, piesele de sudat introduse intr-o incinta, sub tunul electronic, aflata la o presiune sub 20 torr;- sudarea in vid partial, la care piesele de sudat sunt intr-o incinta diferita de a tunului electronic, cu presiunea cuprinsa intre 50250 torr;- sudarea in atmosfera ambianta, in care piesele de sudat sunt plasate in afara incintei tubului electronic.

Este de remarcat faptul ca, vidul inaintat de la operatia de sudare, asigura o concentrare puternica a fasciculului de electroni, pe cand sudarea in atmosfera ambianta, datorita ciocnirii electronilor de moleculele de aer, se realizeaza o defocalizare a acestora.

La sudarea cu fascicul de electroni, se defineste, coeficientul de suplete ca raport dintre patrundere si latimea cordonului.

In cazul sudarii in vid inaintat, coeficientul de suplete este de 50, obtinandu-se deci, un cordon cu o patrundere foarte mare si o latime redusa.

La sudarea in atmosfera ambianta, coeficientul de suplete este de 56. Datorita concentrarii mari de energie, mai ales la sudarea in vid inaintat, vitezele de sudare sunt mari si foarte mari. Astfel, la sudarea otelurilor cu grosimi de 610 mm, vitezele de sudare sunt cuprinse intre 45 m/min. La sudarea otelurilor cu grosimi de 4060 mm, vitezele de sudare sunt cuprinse intre 0,41 m/min.

Comparand ciclurile termice ale sudarii cu fascicul de electroni cu cele ale sudarii cu arcul electric normal se constata:

- timpii de incalzire sunt mult mai redusi;- durata de mentinere la temperatura inalta a materialului de baza este mai redusa.- timpul de racire t8/5 are valori apropiate la componentele subtiri si este mult mai mare la componentele groase.

Datorita acestei viteze mari de racire, zona influentata termic este relativ redusa. Ea are o latime de (12) ori latimea sudurii. Tot din acest punct de vedere poate fi privita si sudarea pieselor


tratate, sudarea acestora nu influenteaza tratamentul termic al pieselor sudate pe zone largi, ci doar, in stricta vecinatate a cordonului.

Fasciculul de electroni poate produce sublimarea instantanee a materialului de sudat, in punctul de impact si formeaza un tub capilar adanc care se umple cu vapori metalici de tip plasma, fiind inconjurat de o zona de material topit. Specific este faptul ca energia fasciculului este transferata piesei pe intreaga adancime a tubului capilar si nu prin conductie de la suprafata, ca la procesele cu arc electric.

Sudarea materialelor groase, are la baza efectul „key-hole” (gaura de cheie). Acest efect se produce ca urmare a tendintei de topire accentuata si vaporizare a materialului din interiorul cordonului de sudura.

Suprafata marginala a cordonului este sub forma unei gauri de cheie, aceasta cavitate urmand sa fie umpluta de materialul topit.

Tot sub influenta jetului electronic (fig. 7), are loc si retinerea baii de metal topit pe inaltimea mare a patrunderii cordonului, evitand curgerea gravitationala a acesteia in sensul umplerii gaurii de cheie.

Fig. 7.Cavitatea cu pereti lichizi se mentine in echilibru sub actiunea presiunii fasciculului, a

presiunii vaporilor materialului, a tensiunii superficiale, a presiunii de evaporare precum si a greutatii metalului lichid.

Operatia de sudare cu fascicul de electroni, poate fi realizata cu preincalzirea materialului in conditiile in care fasciculul este defocalizat. Uneori, cu fascicul de electroni se pot realiza numai operatii de tratament termic sau de preincalzire sau postincalzire in urma procesului de sudare.

Comportarea la sudarea cu fascicul de electroni se caracterizeaza, deci, prin:- aport caloric foarte scazut, administrat intr-un timp foarte scurt. Deci ZIT foarte redus si granulatie fina a cusaturii;- forma geometrica cu patrundere mare a cordonului, latime constanta pe grosime si de dimensiuni mici. Deci tensiuni remanente reduse;- sudarea in vid, in absenta oxigenului, hidrogenului, azotului conduce la o compozitie chimica neafectata a cordonului si lipsa fragilizarii la rece. In schimb exista tendinta vaporizarii elementelor cu tensiune de vapori inalta;- viteza mare de racire la materialele groase duce la marirea duritatii ZIT. Acest dezavantaj se diminueaza prin preincalzire, oscilarea fasciculului sau tratament termic dupa sudare.

Cu fascicul de electroni se sudeaza, de obicei, urmatoarele categorii de materiale:


- materiale active (Ti, Zr, Be). Aceste materiale cu tendinta mare de oxidare, iar sudarea cu fascicul de electroni in vid inaintat, asigura o imbinare de calitate;- materiale refractare (Mo, Ta, W, V, Nb).

Se sudeaza datorita temperaturii mari dezvoltata de fasciculul de electroni pe adancimi, respectiv grosimi importante ale componentelor:

- oteluri inoxidabile, cu grosimi mari;- aluminiu sau aliaje de Al cu viteze foarte mari.

Nu se recomanda sudarea cu fascicul de electroni la materiale cu punct de vaporizare scazut (Zn, Mg) sau aliaje ce contin aceste materiale.

Vaporizarea acestor materiale este avantajata si de existenta vidului in incinta pieselor de sudat.

Rezultate bune la sudarea cu fascicul de electroni se obtin si la realizarea imbinarilor eterogene, a materialelor cu puncte de topire si conductibilitati termice apropiate.

Sudarea se realizeaza, de obicei, fara material de adaos, datorita latimii foarte mici a imbinarii.

Uneori, sudarea poate fi asigurata si cu material de adaos, prin folie de material de adaos dispusa intre suprafetele pieselor de imbinat. Grosimea foliei este relativ redusa, submilimetrica.

Majoritatea imbinarilor cu fascicul de electroni se executa in pozitie orizontala, dar in cazul componentelor cu grosime mare se prefera pozitia de cornisa pentru evitarea sau limitarea efectului Key-hole.

Sudarea cu fascicul de electroni prezinta urmatoarele calitati sub aspect economic: utilizarea rosturilor in forma I, practic fara deschidere, nu foloseste material de adaos, consum de energie scazut, viteza mare de sudare, nu necesita operatii auxiliare dupa sudare (indepartarea zgurii, prelucrari mecanice etc)

3. GĂURIREA CU FASCICUL DE ELECTRONI3.1. Principiul găuririi (perforării) cu fascicul de electroni

Procedeul de găurire a materialelor are la bază fenomenele de topire şi vaporizare, cu desfăşurarea acestora extrem de rapidă.


Fig. 12 – Mecanismul de formare a găurii în impulsuri.

Dacă forma şi dimensiunile dorite ale găurii nu pot fi realizate printr-un singur impuls, se aplică tehnica de găurire prin mai multe impulsuri. În fig. 12, se prezintă mecanismul de formare a găurii cu fascicul de electroni, în mai multe impulsuri.

3.2 Principalii parametri la găurire

Principalii parametri electrotehnologici ai procesului de găurire sunt aceeaşi ca şi la procesul de sudare cu deosebirea că, în locul frecvenţei oscilaţiilor fasciculului de electroni este vorba, în cazul găuririi, despre durata impulsului şi pauza dintre impulsurile fasciculului de electroni.

Caracteristicile tehnologice principale ale găurii sunt: volumul de material îndepărtat, G, diametrul găurii, dg şi adâncimea găurii, D.

a) volumul de material îndepărtat, este o funcţie raport între puterea aplicată şi materialul piesei. În fig. 13 se arată cum variază raportul materialului îndepărtat odată cu schimbarea puterii pentru diferite material ale piesei. Penetrarea se face la 0,25 mm/s

Fig. 13 – Cantitatea de material îndepărtat funcţie de puterea FE şi de materialul de prelucrat.

m


b) diametrul găurii este

În funcţie de mărimea timpului de impuls, diametrul găurii prelucrate poate fi determinat cu ajutorul relaţiei:

ds = a ⋅ mg ⋅ ln ⋅ ti [mm] (6)

unde: a – constantă funcţie de înclinarea fasciculului; mg – constantă funcţie de înclinarea materialului prelucrat; ti – timpul de impuls [μs].

c) adâncimea găurii, obţinută de un singur impuls (pulsaţie) este dată de relaţia:

D = α ⋅ τα = Q

[mm] (7)

în care:

α – mărimea creşterii adâncimii; Q – puterea fasciculului; R – raza fasciculului; ρ – densitatea materialului piesei; Lm – căldura latentă a fuziunii; c – căldura specifică; Tb – temperatura la care metalul topit este „deplasat” faţă de piesă; τ – durata pulsaţiei.

Adâncimea de găurire obţinută dintr-un număr de impulsuri (pulsaţii), este dată de relaţia:

D = τ

− e−αkn

k


1.12. Instalaţii de găurire

Instalaţiile de găurire cu fascicul de electroni sunt, în general, aceleaşi instalaţii ca şi la sudarea cu fascicul de electroni. Descrierea şi schema unei instalaţii de sudare cu fascicul de electroni este prezentată în materialul de faţă la pct. 4.

Fig. 14 – Echipament de găurire cu fascicul de electroni cu tambur rotitor.

La instalaţiile de găurire, se iau unele măsuri constructive, pe de o parte la nivelul tunului de electroni pentru asigurarea posibilităţii de comandă în impulsuri a fasciculului (curentului de fascicul), iar pe de altă parte la nivelul camerei de lucru pentru ca sistemul de vidare să fie capabil să elimine vaporii de material care se degajă în timpul procesului. De asemenea, la găurire, sistemul adecvat pentru a ţine sub control procesul este comanda numerică.

În ultimul timp, pe plan mondial echipamentele de găurire de fascicul de electroni, precum şi metodele de găurire au cunoscut o continuă diversificare. În continuare, se prezintă una din acestea, astfel:

În fig. 14 se prezintă un echipament de găurire cu fascicul de electroni cu tambur rotitor, la care găurirea se face în mişcare de rotaţie continuă, există pericolul apariţiei unor forme eliptice ale orificiilor, datorită deplasării piesei faţă de fasciculul de electroni. Pentru a elimina acest neajuns, fasciculul de electroni se deviază simultan, corelat sincron cu viteza de rotaţie la suprafaţa piesei pe durata impulsului, iar pentru perforarea orificiului următor se readuce în poziţia iniţială.

1.13. Aplicaţii

Dintre cele mai importante aplicaţii ale găuririi (perforării) cu fascicul de electroni, sunt de menţionat: realizarea perforaţiilor pentru site şi filtre, fiind singurul procedeu care asigură o transparenţă corespunzătoare la grosimi relativ mari; realizarea prin perforarea duzelor;


realizarea orificiilor cu unghiuri variabile în piesele active ale turbinelor de gaz, pentru răcire, injecţie şi pentru absorbţie de zgomot, realizarea de orificii în materialele superrezistente la temperatură şi rezistenţă mecanică, spre exemplu capetele de filiere

pentru fibrele de sticlă.

4. ELECTRON BEAM MELTING EBM( TOPIRE SELECTIVA CU FASCICOL DE ELECTRONI)In procesul EBM piesele de metal sun construite strat cu strat din pulbere de metal (metalul se alege in functie de cerinte si piesa) topita de un fascicol de electroni.

Straturile de pulbere de metal depuse sunt foarte subtiri, iar pulberea se topeste exact urmarind conturul piesei definita de un model CAD 3D. Modelul CAD reprezinta desenul piesei 3D, acesta poate fi importat in programul masinii EBM si din alte programe cum ar fi Solid Works.


Masinile de taiere si de suduracu jet de electroni au aceleratii pana la viteze foarte mari,cica junatare din viteza luminii.

Acest sir de electroni cu viteza foarte mare este focalizat intr-un spot de diametru mic, unde energia cinetica a electronilor este transformata in energie termica,topind sau vaporizand local materialele, in functie de ce se doreste, taierea sau sudura materialului.

Procesul se desfasoara de obicei in vid pentru a preveni coliziunile dintre electroni si moleculele de gaz.

Electronii pot fi accelerate si distri buiti intr-un fascicol subtire de catre un camp electric.

Acest fascicol de electroni poate fi focalizat si dirijat prin lentilele de sticla.

4.1 Principiul de functionare

Principiul de prelucrare se bazeaza pe utilizarea unui fascicol de electroni cu viteza foarte mare,care bombardeasa si vaporizeaza local piesa.

Se pare ca vaporizarea termica nu este singurul mechanism ce concura la indepartarea materialului din semifabricat.

Procesul de functionare:

- fascicolul de electroni loveste materialul pe fundul cavitatii materialului;


- transferal energetic produce o crestere a temperaturii;

- are loc o emisie termo ionica exponentiala din materialul piesei;

- electronii emisi tind sa reduca curentul generat in piesa:

- reducerea curentului din piesa este intrerupta de o explozie a materialului supraincalzit in zona de transfer energetic si apoi se expune alt material rece;

- cu reducerea emisiei termoionice datorate materialului rece, curentul electronic crescut ridica din nou temperatura in zona energetica si cilcul se repeta.

Materialul este inlaturat printr-o serie de expulzari rapide, de scurta durata.

Fascicolul de electroni

Se formeaza intr-un tun electronic, care este o trioda ce se compune din:

-catod, care este un filament de tungsten si care emite electroni;

-o grila de dirijare si accelerare;

-un anod prin care trec electronii accelerate.

Sirul de electroni emis pe suprafata filamentului de tungsten, este accelerat catre anod.

Imediat dup ace au trecut prin anod, ei si-au atins viteza maxima pentru tensiunea de accelerare.

Electronii isi vor mentine viteza pana cand se lovesc de piesa.

Numarul de electroni dintr-un atom depinde de elementul respectiva si este egal cu nr atomic di tabelul lui Mendeleev.

Electronii liberi se pot obtine prin incalzirea suprafetei unui metal cu o cantitate de energie care sa transfere electronilor si acestia parasesc suprafata metalului.

Accelerarea electronilor se poate realiza cu ajutorul unui camp electric.

Daca electronii sunt accelerati intr-un camp electric atunci electronilor le este imprimata o viteza ridicata, in functie de tensiunea de accelerare.

Controlul si focalizarea fascicolului de elecroni


Fascicolul de electroni este controlat cu dispozitive optice precise si este cea mai puternica sursa de calcura disponibila comercial.

Razele luminoase produc radiatii cu unde electromagnetice, a caror continut energetic depinde de temperatura sursei de lumina.

Razele luminoase nu pot fi accelerate pentru a depasi continutul lor energetic.

Emisia de electroni este diferita ca principiu.

Fascicolul de electroni consta in particule incarcate negativ, a caror continut energetic este determinat de masa si viteza particulelor.

Sistemul optic de control permite operatorului ca printr-un stereo-microscop sa observe operatia de prelucrare marita circa 40 de ori.

Inainte ca electronii sa loveasca piesa, se foloseste un sistem de control cu lentile electro-magnetice de putere variabila pentru a putea regla:

-diametru fascicolului de electroni la diametrul dorit

-pozitia piesei.

Tehnologia EBM este utila la taierea unor canale inguste sau unor gauri fine.

Procesul de perelucrare EBM este eficient doar la gauri de diametru mic, deoarece viteza de indepartare a materialului este mica.

4.2 Aplicatii

Cele mai frecvente aplicatii ale EBM sunt :

Sudura

Taiarea

Tratamente termice

Gaurirea

Diferite aplicatii necesita diferite tipuri de fascicole de electroni, cu anumite densitati de putere pe diferite suprafete.

-Gaurirea –


Fascicolul de electroni vaporizeaza materialul pana cand se atinge adincimea dorita a gaurii, sau se penetreaza complet piesa respectiva.

Diametrul gaurii depinde de fascicolul de electroni, de densitate,de putere si de energie.

-Taierea unor canale-

Viteza de taiere este dependenta de cantitatea de material ce trebuie indepartata.

La grosimi de piese sub 0.55 mm se obtin pereti paraleli ai canalului de 0.03 mm.

La grosimi cuprinse intre 0.13-3.2 mm apare o conicitate nedorita a peretilor laterali de circa 1…2 grade.iar tolerantele de 0.05 mm.

Uneori sunt necesare mai multe treceri pana se obtine o rugozitate buna.

-Frezarea-

EBM se foloseste si la frezarea unor posibile profile foarte fine.

Piesa este staationara. Fascicolul de electroni este programat pentru a se deplasa.

-Sudarea-

Sudarea cu fascicol de electroni se poate face in aer, daca nu se cere o precizi ridicata.

Cand se impune o precizie ridicata atunci se opteaza pentru sudarea sub vid.

Avantaje

ale prelucrarii EBM

- este cea mai precisa tehnologie de taiere posibila;

- poate taia gauri foarte mici, pana la 0.05 mm diametrul;

- poate taia orice metal sau nemetal cunoscut care poate exista in vid;

- nu exista uzura a sculei in acest proces;

- se pot executa gauri adanci:

- preceizia de pozitionare este de circa 0.013 mm, iar diametrul fascicolului de 0.13 mm.


- nu apar defecte de material pe suprafata taiata.

Dezavantaje

- toate prelucrarile EBM trebuie sa aiba loc in vid, ceea ce ridica pretul echipamentului si restrange gabaritul pieselor;

- deoarece EBM are o viteza mica de prelucrare(0.1 mg/s) comparativ cu frezarea,este eficienta doar la prelucrari fine la piese de gabarit mic.

EXEMPLU DE ALTE UTILIZARI ALE EBM:

-IN MEDICINA (IMPLANTURI)


RECONSTRUCTIE CRANIU

EXEMPLU DE PRELUCRARE PRIN EBM:


-DESEN 3D AL PIESEI

-SIMULARE EBM

-REZULTATUL FINAL


EXECUTAREA PIESEI

PRIN TEHNOLOGIE NOUA

Piesa trebuie realizata din otel inox.

-se alimenteaza masina cu pulbere de metal;

-se introduce desenul piesei in programul CAD al masinii;

-se prelucreaza piesa.

Avantaje:

-precizia piesei;

-piesa se executa in intregime pe acceasi masina;

Dezavantaje:


-costul ridicat de prelcurare;

-timpul de prelucrare mare.

PRIN TEHNOLOGIE VECHIE

-se alege materialul;

-se debiteaza materialul in functie de dimensiunea piesei;

-se frezeaza locasul in care se monteaza roata;

-se executa gaurile de fixare pentru roata si pentru prinderea suportului de carucior(facut prin strunjire)

-se asambleaza suportul de furca prin sudura;

Avantaje: -costul redus de prelucrare.

Dezavantaje:

-pentru prelucrare este nevoie de mai multe masini unelte(masina de gaurit,freza, strung)


5. ConcluziiInstalațiile de prelucrare cu fascicul de electroni au un șir de avantaje, ceea ce a dus la

utilizarea pe scară largă a metodei date: posibilitatea obținerii unei densități mari a puterii;

concentrarea energiei pe o suprafață mică și respectiv obținerea unor zone reduse de încălzire,

ce permite prelucrarea unor piese de dimensiuni mici, obținerea unor găuri foarte înguste etc.;

posibilitatea reglării regimurilor într-un diapazon larg și controlul fin al proceselor de încălzire;

impurificarea minimă a mediului la prelucrare și lipsa oxidanților, ce permite prelucrarea

materialelor active și a celor ce se oxidează rapid; lipsa unei scule speciale de prelucrare sau

uzura electrozilor etc.

Cu ajutorul fasciculului de electroni se pot prelucra atît materialele conductoare de

curent cît și cele neconductoare cu diverse proprietăți mecanice. Însă o preferință mai mare li

se acordă materialelor conductoare sau celor cu o acoperire conductoare, deoarece în acest caz

sarcina electrostatică poate fi ușor înlăturată prin legarea la pămînt a piesei de prelucrat.

Caracteristicile tehnologice ale prelucrării cu fascicul de electroni (productivitatea,

precizia, calitatea suprafeței prelucrare) în mare parte sînt determinate de posibilitățile

echipamentului, parametrii energetici ai razei de electroni, proprietățile materialului prelucrat.

Productivitatea procesului depinde de puterea fasciculului, dimensiunile zonei pe care acesta

este focusat, durata impulsurilor etc. Viteza de înlăturare a materialului cu fasciculul de

electroni poate atinge 20-30 mm3/min. Din aceste considerente metoda dată se potrivește mai

bine pentru obținerea pieselor de dimensiuni foarte mici sau efectuarea unor lucrări în

domeniul microprelucrării.


Cuprins

1.Introducere………………………………………………………………………………………………………………………..pag. 1

1.1 Consideratii generale……………………………………………………………………………………………………….pag. 1

1.2 Fenomene fizice la prelucrarea cu fascicul de electroni………………………………………………….pag. 4

1.2.1 Densitatea de curent……………………………………………………………………………………….…………..pag. 5

1.2.2 Bombardarea cu fascicul de electroni………………………………………………………………………….pag. 5

1.2.3. Încălzirea, topirea şi vaporizarea la bombardarea cu fascicul de electroni…………………pag. 6

1.3 Constituția instalației de prelucrare cu fascicul de electroni…………………………………………..pag. 8

1.3.1. Tunul electronic…………………………………………………………………………………………………………..pag. 11

1.3.2 Tipuri constructiv – funcţionale de tunuri electronice………………………………………………….pag. 12

2. Sudarea cu fascicul de electroni………………………………………………………………………………………..pag. 14

2.1 Principiul procedeului de sudare cu fascicul de electroni..............................................pag. 14

2.2 Performantele sudarii cu fascicul de electroni..............................................................pag. 17

2.3 Design constructiv-tehnologic......................................................................................pag. 17

2.4. Tehnologia sudarii cu fascicul de electroni...................................................................pag. 19

3. Gaurirea cu fascicul de electroni.....................................................................................pag. 21

3.1. Principiul găuririi (perforării) cu fascicul de electroni……………………………………………………..pag. 21

3.2 Principalii parametri la găurire………………………………………………………………………………………..pag. 22

3.3 Instalaţii de găurire………………………………………………………………………………………………………….pag. 24

3.4 Aplicatii…………………………………………………………………………………………………………………………….pag. 23

4. Electron Beam Mealting…………………………………………………………………………………………………….pag. 25

4.1 Principiu de functionare…………………………………………………………………………………………………..pag. 27

4.2 Aplicatii…………………………………………………………………………………………………………………………….pag. 29

5. Concluzii…………………………………………………………………………………………………………………………….pag. 36


Bibliografie:

1. Aplicatii ale fasciculului de electroni – Dr. Ing. Dumitru Neagu ( http://www.dumitruneagu.ro/pdf/(6.3.2)APLICATIIale%20FE.pdf )

2. Tehnologiile neconvenţionale – Memorium (http://conspecte.ro/cursuri/nu-este-specificat/tehnologiile-neconventionale-memorium-34644.html)

3. Sudarea cu fasicul de electroni – (http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/SUDAREA-CU-FASCICUL-DE-ELECTRO53479.php )

4. Electron beam mealting EBM –(http://www.scrigroup.com/tehnologie/electronica-electricitate/TOPIRE-SELECTIVA-CU-FASCICOL-D13921.php )

http://www.scrigroup.com/tehnologie/electronica-electricitate/TOPIRE-SELECTIVA-CU-FASCICOL-D13921.php

http://www.scrigroup.com/tehnologie/electronica-electricitate/TOPIRE-SELECTIVA-CU-FASCICOL-D13921.php

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/SUDAREA-CU-FASCICUL-DE-ELECTRO53479.php

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/SUDAREA-CU-FASCICUL-DE-ELECTRO53479.php

http://conspecte.ro/cursuri/nu-este-specificat/tehnologiile-neconventionale-memorium-34644.html

http://conspecte.ro/cursuri/nu-este-specificat/tehnologiile-neconventionale-memorium-34644.html

http://www.dumitruneagu.ro/pdf/(6.3.2)APLICATIIale%20FE.pdf


Documents

Prelucrarea Cu Fascicul de Electroni Proiect