EBW دانشگاه جامع علمی کاربردی ماشین سازی اراک تهیه کنندگان: جمال فروزش احسان فریدون نژاد حمزه جبیره اسماعیل وکیلی

تاريخچه فرآيند جوشکاری بروش پرتو الکترونی(EBW) قبل از سال 1958 توسط فیزیکدانی اهل اشتوتگارت از آلمان غربی بنام استیگر والد ابداع شد. استیگر والد در حال آزمایش برای توسعه ی میدان دید میکروسکوپ الکترونی بود، که با چیز عجیبی مواجه شد؛ مشاهده کرد که نمونه ی مورد آزمایش ذوب شد. پس از آزمایشهای بیشتر دریافت که با تنظیم قدرت اشعه ، نمونه می تواند ذوب و دوباره منجمد شود. از اینجا بود که EBW متولد شد. بعد از اينكه در اواخر دهه 1950 جوشكاري EBW براي اولين بار به عنوان پروسه جوشكاري استفاده شد، اين فرآيند يك مقبوليت گسترده در صنعت بدست آورد. در ابتدا در صنايع هسته‌اي بكار برده شد، و بعد مختصراً در صنايع فضايي و هواپيمايي، به كار گماشته شد، به سرعت تشخيص داده شد كه فرآيند داراي ظرفيت لازم براي افزايش دادن كيفيت و قابليت اعتماد قطعات بسيار حساس و بحراني كه در اين صنايع استفاده شده است را دارد. فرآيند همچنين هزينه هاي ساخت را نيز كاهش داد. در طول اين دورة ابتدايي كاربرد تجاري، فرآيند اكيداً براي عمليات در محفظة خلاء محدود شد. هر چند كه سيستمي به زودي توسعه يافت كه خلاء بالا تنها در قسمت توليد اشعه لازم بود. اين سيستم اجازة انتخاب جوشكاري در يك محيط نيمه خلاء يا در يك محيط بدون خلاء را مي‌دهد. اين پيشرفت منجر بر مقبوليت آن توسط سازندگان خودروهاي تجاري و سازندگان كالاهاي معرفي شده، شد و در نتيجه جوشكاري EBW در رنج گسترده‌اي از صنايع در كل جهان قابل استفاده شده است. از اواخر دهة 1960 فرآيند هر دو تاي جوش كم عمق و جوش بسيار عميق تك پاسه را با كمترين مقدار اعوجاج حرارتي در قطعه كار را فراهم كرد. 

مرور فرآيند EBW يك فرآيند اتصال نفوذي مي‌باشد كه اتصال مواد را با حرارتي كه توسط برخورد اشعه كه قبلاً انرژي بالايي به الكترون‌هاي آن داده شده است، به محل اتصال كه بايد جوشكاري شود بدست مي‌آيد. الكترون ذرات بنيادي ماده است كه توسط بار منفي و جرم بسيار كوچك مشخص شد‌ه‌اند. براي EBW اينها (الكترون‌ها) توسط شتاب دادن در سرعت‌هايي حدود 30 الي 70 درصد سرعت نور، به حالت انرژي بالايي رسانده مي‌شوند. اساساً جوشكاري اشعة الكترون با همان روش لامپ تصوير (picture tube) تلويزيون عمل مي‌كند تفاوت اوليه اين است كه لامپ تصوير تلويزيون از يك اشعة الكتروني با شدت كم براي اسكن كردن پيوسته سطح صفحة‌ نمايش درخشان، استفاده مي‌كند و بدين وسيله يك تصوير ساخته مي‌شود. تفنگ جوشكاري اشعة الكتروني از يك اشعه با شدت بالا براي بمباران كردن پيوسته اتصال جوش استفاده مي‌كند كه اين انرژي را به انرژي حرارتي ورودي مورد نياز براي جوش نفوذي تبديل مي‌كند. در هر دوي اين موارد، اشعة الكترونها به همان روش مشابه ايجاد مي‌شود، استفاده از يك تفنگ الكتروني كه به طور نمونه شامل بعضي از انواع ساطع كننده‌هاي الكتروني ترمويوني (به صورت نرمال به فيلمان يا كاتد تفنگ برمي گردد)، الكترود كنترل كنندة انحراف (به صورت نرمال به شبكة تفنگ يا كاپ شبكة تفنگ برمي‌گردد) و يك آند است. دستگاههاي تكميلي مختلفي، نظير سيم پيچ‌هاي انحرافي يا متمركز كننده براي انحراف دادن و متمركز كردن اشعه فراهم شده‌اند. در EBW، سيستم كلي توليد اشعه (تفنگ و قسمت‌هاي مربوط در دوربين و ...) يا تفنگ اشعة الكتروني / مونتاژ ستوني، يا ستون تفنگ اشعة الكتروني ناميده مي‌شود. 

انواع فرآیندهای EBW 1.EBW-HV (High vacuum) 2.EBW-MV (Medium vacuum) 3.EBW-NV (Non vacuum)

EBW-HV (High vacuum) فشار محیط: 10-3 torr یا کمتر

EBW-MV (Medium vacuum)

EBW-NV (Non vacuum)

تجهیزات فرآیند 1.تفنگ اشعه الکترونی 2.مجموعه مونتاژ ستونی Pierce1. Steigerwald2. 1.تفنگ اشعه الکترونی 1. لنز الکترومغناطیسی 2. منحرف کنده الکترومغناطیسی 2.مجموعه مونتاژ ستونی 3.سیستم پمپاژ خلاء 4.منابع قدرت 5.محفظه خلاء 6.تجهیزات جابجایی قطعه کار

منابع تغذیه منابع تغذیه تفنگ الکترونی منابع اصلی توان در ولتاژ بالا 1.یک منبع تغذیه DC با ولتاژ بالا 2.یک منبع تغذیه که خروجیََAC یاDC داشته باشد. 3.منبع تغذیه الکترود جهت دهنده منابع تغذیه تفنگ الکترونی منابع اصلی توان در ولتاژ بالا منابع تغذیه ساطع کننده منابع تغذیه ولتاژ انحراف دهنده منابع تغذیه لنزهای الکترومغناطیسی و سیم پیچ های انحراف

متغیرهای فرآیند 1.شدت جریان اشعه الکترونی 2.ولتاژ شتاب دهنده اشعه الکترونی 3.اندازه نقطه کانونی اشعه 4.سرعت جوشکاری

کنترل ها بخاطر اینکه کلیه متغیرهای عملکردی سیستم EBWبه صورت مستقیم قابل کنترل می باشد فرایند به راحتی با سیستم CNC سازگار می باشد. حرکت قطعات، تفنگ، انحراف اشعه، جریان اشعه همگی قابل برنامه ریزی می باشند.

دو روش ثابت نگه داشتن موقعیت اشعه در طول اتصالات غیر خطی موقعیت قطعات و اشعه برنامه ریزی آنالوگ یا کنترل عددی مسیر پیوستها دو روش ثابت نگه داشتن موقعیت اشعه در طول اتصالات غیر خطی استفاده از کنترل الکترومکانیکی قابل تطبیق

Advantages of EBW Uses no filler metal HIGH EFFICIENCY. Electron beam welding produces about half as much waste heat as tungsten arc welding, to minimize distortion and metallurgical problems. PINPOINT CONTROL. Width of weld can be focused almost to a hairline, or broadened as desired. CLEANER WELDS. Welds are performed in vacuum (a high purity environment). This produces welds as clean or cleaner than original material. Oxides, nitrides and carbides are flushed out by heat and vacuum. STRONGER WELDS. Physical and mechanical properties of electron beam welded samples are typically better than welds made with other processes. HIGH REACTIVE & REFRACTORY MATERIALS can be welded successfully. THIN-GAUGE WELDING. Edge and butt-welds can be made in metals as thin as 0.001 inch. DISSIMILAR METALS CAN BE WELDED. EXTREMELY SMALL, THIN PARTS can be welded to heavy sections. HIGH SPEED. Higher welding speeds compared to other welding processes. LOW DISTORTION. Low Distortion and heat damage. Low heat generation at very specific areas resulting in a narrow zone of heat flow. COMPUTER CONTROLLED. Computer controlled equipment gives ability to weld complex geometries and a controlled repeatability. ULTRA PRECISION. Allowing narrow access capability for the most demanding job. DEEP WELD DEPTH. Deep penetration with a narrow fusion zone. Accurately controllable depth-to-width ratio. Uses no filler metal

Limitations High initial start-up cost Not portable Part size limited by size of vacuum chamber Produces x-rays Part fit-up is critical High cooling rates may lead to materials problems Time delay when welding in vacuum

Application areas Aerospace Instrumentation, electronic and medical Automotive Dissimilar metal joints nuclear aircraft

Comparison of high-energy welding processes

Applications The EBW process has been used for joining a wide range of materials including: alloy steels nickel alloys Copper dissimilar metals in thicknesses ranging from 0.025 to 300 mm refractory metals (tungsten, molybdenum, niobium) chemically active metals (titanium, zirconium, beryllium)

پيشرفتها و توسعه ها قدرت پرتو فرآيند EBW سيستم هاي بارگيري محفظه گرچه فرآيند اساسي براي سالها بدون تغيير بوده است ، پيشرفتهاي مهمي در حداكثر قدرت موجود در روشهاي بهره برداي وتجهيزات صورت گرفته اند . قدرت پرتو فرآيند EBW سيستم هاي بارگيري محفظه تراپ هاي پرتو و محافظت كننده ها از بخار

References www.irsme.ir www.iran-eng.com www.ahtc.com “Advanced Welding Processes؛ Technologies and Process Control “by John Norrish-2006 “Welding metallurgy” by Georg E.Linnert ,VOLUME 1 , fourth edition-2002

THANKS FOR YOUR ATTENTION!

Any Question?