применяемых в сварке источников Теплоты, нагревающих поверхности металла. Наиболее интенсивное тепловыделение наблюдается на глубине пробега электрона.

Сварочная ванна испытывает реактивное воздействие испаряемого металла, теплового и рентгеновского излучения, воздействие потока электронов, а также давление отдачи вторичных и тепловых электронов. Сила давления испаряемого металла составляет основную часть общего силового воздействия на ванну, ее величина может достигать нескольких граммов.

Электронный луч с требуемыми свойствами формируется в электронной пущке. Для фокусировки электронного луча значительной мощности в пятно возможно меньшего сечения сводят к минимуму влияние погрешностей электронной оптики, взаимного отталкивания электронов в пучке, тепловых скоростей электронов, рассеивания электронов на молекулах остаточных и выделяющихся в процессе сварки газов и паров. Добиваются сохранения высокой удельной мощности пучка на большом расстоянии от пушки.

В каждой электроннолучевой пушке указанные условия формирования сварочных электронных пучков обеспечиваются в различной степени в зависимости от предъявляемых к ней требований. В первых пушках для электроннолучевой сварки пучок электронов формировался только с помощью прикатодного электрода, без применения дополнительных фокусирующих систем (рис. 2-12, а). Анодом пушки являлось само изделие. Такая одно-каскадная электростатическая система фокусировки не может обеспечить формирования интенсивного электронного пучка с высокой плотностью энергии. Поэтому с ее помощью возможно соединение металлов сравнительно небольшой толщины (1-2 мм). Близость прожектора в зоне сварки повышает опасность электрических пробоев. Технологические и электрониооптические характеристики пушки с одиокаскадной электростатической фокусировкой повышаются при введении в конструкцию ускоряющего электрода, имеющего потенциал изделия (рис. 2-12, б). При этом уменьшается возможность электрических пробоев и разрядов, а для питания пушки можно использовать даже невыпрямлениое ускоряющее напряжение.

Наиболее широко для формирования сварочных пучков электронов применяется комбинированная электростатическая и электромагнитная фокусировка. В пушках с комбинированной фокусировкой пучка прожектор, состоящий из катода, прикатодного электрода и ускоряющего электрода-анода, формирует сходящийся пучок электронов. Минимальное сечение пучка проектируется (обычно с уменьшением) на свариваемое изделие с помощью электромагнитной фокусирующей системы (рис. 2-12, в).

Сварочные пушки можно разделить по величине ускоряющего напряжения на три основных класса: 1 - низковольтные (уск = 5-ьЗО кВ); 2 - с промежуточным ускоряющим напря-

Рис. 2-12. Электроннооптические системы сварочных пушек:

а - однокаскадная система без ускоряющего электрода,

б - то же с ускоряющим электродом (анодом), в - система с комбинированной фокусировкой, / - катод,

2 - прикатодный элек-

трод,

3 - траектории крайних

электронов.

изделие: анод,

кроссовер; фокусирующая магнитная лииза, система отклонения пучка:

фокальное пятно; о 1 - угловая апертура пучка

жением (t/уск = 40-60 кВ) и 3 - высоковольтные (UyK ~ = 80-200 кВ). Мощность пучков лежит в пределах 0,3-100 кВт. Пучки электронов, эмитированные термокатодами, формируются в высоком вакууме (10 *-10~ мм рт. ст.). В газоразрядных пушках и пушках с холодным катодом вакуум составляет 10 - 10 2 мм рт. ст.

Основными требованиями к пучку электронов являются достаточно большая плотность энергии в пятне нагрева w и малый угол сходимости пучка на изделии. Эти требования удовлетворяются в большей мере при высокой энергии электронов:

tn-w/cl;

и

уск ,

ток пучка.

в то же время защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, возникающего при торможении электронов на изделии, усложняется с ростом энергии электронов. Сложнее становятся сама пушка и ее источник питания.

§ 2-4. Лазерное излучение

Оптическое излучение, т. е. инфракрасная, видимая и ультрафиолетовая области спектра электромагнитного излучения, представляет известный интерес при сварке как источник нагрева. Такой источник - бесконтактный, и поэтому сварку можно вести в прозрачных для данного излучения средах или в закрытых баллонах. Весьма важно также, что в зону нагрева не вносятся примеси других веществ.

Несмотря на перечисленные преимущества, до недавнего времени сварку с использованием оптического излучения не применяли из-за отсутствия источников с высокой яркостью света. Применение света для сварки стало практически возможным с созданием оптических квантовых генераторов (ОКГ, лазеров), яркость которых чрезвычайно высока. Создаваемая ими плотность тепловой мощности в зоне облучения достаточна для расплавления (и испарения) всех известных материалов, что позволяет решать многие сварочные задачи технически и экономически более эффективно, чем другими существующими методами.

В настоящее время созданы лазерные устройства импульсного и непрерывного действия, обеспечивающие достаточную для плавления металлов мощность. Установки импульсного действия разработаны еще в начале 60-х годов, тогда как лазеры непрерывного режима высокой мощности (лазеры на углекислом газе) созданы лишь недавно. Поскольку разработка аппаратуры и технологии непрерывной лазерной сварки еще не вышла из стадии лабораторных испытаний, то предметом рассмотрения будет только импульсная лазерная сварка.

Принципиальная оптическая схема лазерной сварочной установки показана на рис. 2-13. Стержень активного материала /, например рубина, и импульсная лампа накачки 2 размещены в зеркальной полости осветителя 4. Электрическая энергия, накопленная в батареях конденсаторов, преобразуется лампой 2 в световую. Чтобы увеличить длительность импульса или сформировать его, в батарею конденсаторов включают индуктивности (наиболее часто применяют однородные длинные линии). Под воздействием света лампы накачки активный материал переходит в состояние, в котором он способен усиливать и генерировать свет определенной длины волны.

Для улучшения условия генерации стержень активного вещества помещают между двумя высококачественно отъюстированными по отношению к его оси зеркалами 3, которые совместно со стержнем образуют резонатор ОКГ. Для вывода излучения