Využití elektronového svazku pro svařování

Užití elektronového svazku ke spojování součástí tzv. tavným svařováním (většinou bez přídavného materiálu) je založeno na tom, že okolí styčné plochy obou součástí se energií přiváděnou elektronovým svazkem na krátkou dobu roztaví, smísí, a po ztuhnutí vytvoří pevný spoj. Otázkou jeho vlastností (pevnost, struktura apod., které jsou výsledkem více činitelů), se budeme zabývat na jiném místě. Zde nejprve objasníme vztah mezi parametry svařovacího procesu a jeho výsledkem, především tvarem a rozměry přetavené oblasti.

Jak jsem již uvedl, hlavní rozdíl ohřevu elektronovým svazkem v porovnání s klasickými metodami (plamenem nebo obloukem) je v jeho schopnosti předávat energii ohřívanému materiálu „do hloubky“ jinak než vedením tepla. Pochod vnikání elektronového svazku do materiálu je v této otázce nejdůležitější, ale současně nejobtížněji popsatelná část procesu svařování elektronovým svazkem. Bylo podniknuto mnoho pokusů o vysvětlení skutečnosti, že elektronový svazek může proniknout do hloubky řádu centimetrů přesto, že elektrony předají všechnu svoji kinetickou energii pevné látce ve vrstvičce tenké jen několik setin milimetru. Probíhající pochody jsou však složité a podmínky tak mimořádné, že je nelze přesně ani matematicky vyjádřit ani zkoumat přímým měřením. Teorie nemůže proto poskytnout návod jak nastavit podmínky tak, abychom dosáhli požadovaných výsledků. K tomu je nezbytný dostatek zkušeností získaných delší praxí nebo konkrétně zaměřenými pokusy.

Praxe ukazuje, že výsledek působení elektronového svazku, tj. tvar a rozměry oblasti elektronovým svazkem ovlivněné (přetavené), závisí především na jeho parametrech, tj. na

  1. výkonu a jeho
  2. plošné hustotě (zaostření), ale ovšem také na
  3. době jeho působení,
  4. vlastnostech materiálu, a v některých případech i na
  5. geometrii (tvaru a rozměrech) součástí v místě spoje a jeho okolí.

Výkon elektronového svazku je součinem proudu a urychlovacího napětí, tedy parametr snadno měřitelný a nastavitelný. Výsledný účinek svazku, tj. rozsah oblasti svazkem ovlivněné, je jeho výkonu přímo úměrný.

Plošná hustota výkonu v místě působení svazku je parametrem, na kterém hlavně závisí rychlost vnikání svazku do materiálu, Bohužel právě tento parametr je nejobtížněji zjistitelný a reprodukovatelný.

Doba působení svazku při svařování je dána vzájemnou rychlostí polohy svazku a povrchu svařovaných součástí. Většinou je poloha svazku stálá a pohybuje se pouze svařovaný předmět.

Při svařování se uplatní vlastnosti tepelné a metalurgické.

Tvar a rozměry nabývají na důležitosti zvláště při svařování součástí s malými rozměry (tenkostěnných). Takové se obvykle neobejdou bez speciálních pomůcek.

V dalším výkladu se budeme jednotlivými dílčími problémy svařování elektronovým svazkem zabývat podrobněji. Zvláštností a specifickým problémem této technologie je její hlavní odlišnost od klasických metod svařování, tj. proces, kterým se energie potřebná k ohřátí pevné látky předává jejím částicím.