SU1328114A1 - Method of electron-beam working out of vacuum - Google Patents
Method of electron-beam working out of vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- SU1328114A1 SU1328114A1 SU853967059A SU3967059A SU1328114A1 SU 1328114 A1 SU1328114 A1 SU 1328114A1 SU 853967059 A SU853967059 A SU 853967059A SU 3967059 A SU3967059 A SU 3967059A SU 1328114 A1 SU1328114 A1 SU 1328114A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- magnetic field
- electron
- electron beam
- melting
- width
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001803 electron scattering Methods 0.000 abstract 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к электронно-лучевой обработке, в частности к наплавке электронным пучком в атмосфере воздуха или инертного газа износостойких порошковых покрытий.. Оно может быть использовано в черной металлургии дл упрочнени и защиты поверхностей металлических изделий. Целью изобретени - вл етс повьшение производит ельности и качества процесса обработки путем увеличени ширины и равномерности оплавлени . Дл этого воздействуют на пучок электронов, выведенных в область /повышенного давлени , периодически измен кнцимс во времени полем напр женностью 11000- 140000 А/м. Магнитное поле, наложенное на пучок в газе или воздухе, заставл ет электроны пучка отклон тьс от пр молинейного движени . Чем больше напр женность магнитного п ол ,тем больше угол отклонени электронного пучка..При сканировании пучка увеличиваетс йирина области обработки поверхности изделий до амплитуды сканировани и соответственно возрастает ширина оплавлени . Плотность мощности электронного пучка выбирают в пределах от 10® до 10 Вт/м дл (/ С снижени рассе ни электронов в зовой среде. 7 ил,, 4 табл. гаThe invention relates to electron-beam processing, in particular to the deposition of an electron beam in an atmosphere of air or inert gas wear-resistant powder coatings. It can be used in ferrous metallurgy to strengthen and protect the surfaces of metal products. The aim of the invention is to increase the productivity and quality of the process by increasing the width and uniformity of the melt. To do this, a beam of electrons deduced into the / elevated pressure region is affected, periodically changing the pressure in time by a field with a strength of 11,000-140,000 A / m. The magnetic field imposed on the beam in a gas or air causes the beam electrons to deviate from a rectilinear motion. The greater the magnetic field intensity, the greater the deflection angle of the electron beam. As the beam is scanned, the surface area of the product surface increases to the scanning amplitude and the fusion width increases accordingly. The power density of the electron beam is chosen in the range from 10® to 10 W / m for (/ C reduction of electron scattering in the breathing environment. 7 or more, 4 tab. Ha
Description
11eleven
Изобретение относитс к электронно-лучевой обработке, в частности к нагшавке электронным пучком в атмосфере воздуха или инертного газа износостойких порошковых покрытий, и может быть использовано в черной металлургии дл упрочнени и защиты поверхностей металлических изделий.The invention relates to electron-beam processing, in particular to electron beam loading in an atmosphere of air or inert gas of wear-resistant powder coatings, and can be used in ferrous metallurgy to harden and protect the surfaces of metal products.
Цель изобретени - повышение про- изводительности и качества процесса обработки путем увеличени ширины и равномерности оплавлени .The purpose of the invention is to increase the productivity and quality of the treatment process by increasing the width and uniformity of the melting.
На фиг. 1 показана осциллограмма изменени во времени напр женности магнитного пол ; на фиг. 2 - валики оплавленной поверхности обрабатьшае- мой детали, вьшолненные с шагом t; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - валики оплавленной поверх- ности детали, выполненные с перекрытием; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг, 4; на фиг. 6 - принципиальна схема установки дл вневакуумной электронной обработки; на фиг. 7 - электромагнит, отклон к ций электронный пучок от оси электронно-лучевой пушки.FIG. Figure 1 shows an oscillogram of the time variation of the magnetic field; in fig. 2 - rollers of the melted surface of the machined part, executed with step t; in fig. 3 shows section A-A in FIG. 2; in fig. 4 - rollers of the melted surface of the part, made with overlap; in fig. 5 is a section bb of fig 4; in fig. 6 is a schematic diagram of an installation for vacuum-free electronic processing; in fig. 7 - electromagnet, deviation to the electron beam from the axis of the electron beam gun.
Способ состоит в воздействии на пучок электронов, вьюеденных в об- ласть повьш енного давлени , периодически измен ющегос во времени пол напр женностью 11000-140000 А/м.The method consists in acting on a beam of electrons implanted at an increased pressure, periodically varying in time, with a field strength of 11,000–140,000 A / m.
Магнитное поле, наложенное на пучок в газе или воздухе, заставл ет электроны пучка отклон тьс от пр молинейного движени . Чем больше напр женность магнитного пол , тем больше угол отклонени электронного пучка. При периодическом изменении магнитного пол во времени угол отклонени пучка измен етс также периодически , в результате пучок сканирует с частотой изменени магнитного пол . При этом направление ска- нировани пучка перпендикул рно си-. ловым лини м магнитного пол , следовательно , перпендикул рно направлению перемещени издели . При сканировании пучка увеличиваетс ширина об- ласти обработки поверхности издели до амплитуды сканировани и соответственно возрастает ширина оплавлени поверхности издели , перемещаемого под пучком. Это приводит к улучшению качества покрыти за счет повышени однородности толщины оплавленного или .наплавленного сло и уменьшени неровностей его поверхности.The magnetic field imposed on the beam in a gas or air causes the beam electrons to deviate from a rectilinear motion. The greater the intensity of the magnetic field, the greater the angle of deflection of the electron beam. With a periodic change of the magnetic field in time, the angle of deflection of the beam also changes periodically, as a result the beam scans with the frequency of change of the magnetic field. In this case, the direction of beam scanning is perpendicular to si-. therefore, the perpendicular to the direction of movement of the product. When the beam is scanned, the width of the area of processing the surface of the product increases to the amplitude of the scan and, accordingly, the width of the melting of the surface of the product moved under the beam increases. This leads to an improvement in the quality of the coating by increasing the uniformity of the thickness of the melted or melted layer and reducing the irregularities of its surface.
142142
Поскольку электроны пучка.сильно рассеиваютс в газовой среде, то плотность мощности пучка рел тивистских электронов выбирают в пределах от 10 до 10 Вт/м, при которых становитс возможным осуществл ть сканирование пучка без значительной расфокусировки (рассе ни ) его.Since the electrons of the beam are strongly scattered in a gaseous medium, the power density of the beam of relativistic electrons is chosen in the range from 10 to 10 W / m, at which it becomes possible to scan the beam without significantly defocusing it.
Верхний предел предлагаемого интервала амплитуды напр женности магнитного пол определ етс тем, что при напр женности более 140000 А/м пучок электронов данной энергии отклон етс магнитным полем на слишком большой угол при заданном рассто нии от выпускного устройства до облучаемого издели . Это ведет к тому, что при больших углах отклонени пучок падает на поверхность издели наклонно и фокусное п тно (зона нагрева) сильно размазьшаетс у краев полосы облучени , что ведет к меньшему нагреву этих мест по сравнению с серединой плоскости издели . Кроме того, при напр женности пол более 140000 А/м происходит сильна расфокусировка электронного пучка в газе из-за того, что при повороте в столь сильном магнитном поле радиус поворота оказьшаетс мал и длины пробега электронов в пучке, имеющем конечньш диаметр, оказываютс существенно разными у внешнего и внутреннего (по отношению к радиусу поворота) краев пучка. Это тоже ведет к неоднородности распределени мощнох:ти пучка при сканировании по поверхности издели , а в результате - к неравномерности наплавки.The upper limit of the proposed amplitude range of the magnetic field is determined by the fact that, at a voltage of more than 140,000 A / m, the electron beam of this energy is deflected by a magnetic field at an too large angle for a given distance from the discharge device to the irradiated product. This leads to the fact that at large angles of deflection the beam falls on the surface of the product obliquely and the focal spot (heating zone) is strongly smeared at the edges of the irradiation band, which leads to less heating of these places compared to the middle of the plane of the product. In addition, when the field voltage exceeds 140,000 A / m, the electron beam defocuses strongly in a gas due to the fact that when turning in such a strong magnetic field, the turning radius turns out to be small and the electron path lengths in the beam having finite diameter turn out to be significantly different. the outer and inner (with respect to the turning radius) edges of the beam. This also leads to inhomogeneity of the power distribution: when the beam is scanned over the surface of the product, and as a result, the deposition is uneven.
Нижний предел предлагаемого интервала амплитуды напр женности магнитного пол определ етс тем, что при напр женности менее 11000 А/м пучок электронов данной энергии (0,4 - 1,5 МэВ) отклон етс магнитным полем на слишком малый угол, не обеспечивающий достаточную амплитуду сканировани пучка по поверхности издели большую двух диаметров пучка. Амплитуда сканировани пучка по поверхности издели зависит как от угла сканировани , так и от рассто ни от выпускного отверсти до облучаемой поверхности издели . Но с увеличением этого рассто ни увеличиваетс диаметр пучка из-за рассе ни его в газовой среде и соответственно уменьшаетс плотность, мощности вThe lower limit of the proposed amplitude range of the magnetic field is determined by the fact that, at a intensity of less than 11000 A / m, the electron beam of a given energy (0.4-1.5 MeV) is deflected by a magnetic field at an too small angle that does not provide sufficient scanning amplitude beam on the surface of the product is greater than two beam diameters. The amplitude of the beam scanned over the surface of the product depends both on the scan angle and on the distance from the outlet to the irradiated surface of the product. But with an increase in this distance, the beam diameter increases due to its scattering in the gaseous medium and, accordingly, the density, power in
пучке, которую нерационально уменьшать ниже 10 Вт/м. Поэтому рассто ние от выпускного отверсти до облучаемой поверхности ограничено этим условием. При таких ограничени х и с учетом того, что амплитуда сканировани не должна быть меньше двухbeam, which is unreasonable to reduce below 10 W / m. Therefore, the distance from the outlet to the irradiated surface is limited by this condition. With such limitations and given that the scan amplitude should not be less than two
диаметров пучка (иначе тер етс ;, смысл сканировани и вы вл етс неоднородность наплавки по ширине полосы ), экспериментально найдено,что амплитуда,напр женности магнитного пол не должна быть меньше 11000 А/м beam diameters (otherwise lost;; sense of scanning and unevenness of surfacing across the strip width), it was experimentally found that the amplitude, the intensity of the magnetic field should not be less than 11000 A / m
Наиболее целесообразно измен ть напр женность магнитного пол по .ли . нейному закону с нулевой длительностью заднего фронта. При этом осциллограмма магнитного пол имеет пилообразную форму (фиг.1), а пучок рисует на поверхности издели р д параллельных друг другу пр молинейных отрезков дорожки оплавлени , расположенных под углом к направлению движени издели (фиг.2). Ширина дорожки оплавлени равна диаметру пучка или несколько меньше него из-за того, что плотность мощности у краев пучка меньше, чем в его центре. Шаг расположени отрезков дорожки оплавлени t определ етс скоростью V перемещени издели с частотой f сканировани пучка. Если шаг t больше диаметра пучка q , то на поверхности издели валики расплавленного металла не сливаютс . При этом отсутствуе сплошность полосы покрыти . Такое покрытие может быть рекомендовано с целью повышени износостойкости поверхности издели . Оно обеспечивает экономию наплавочного порошка и энергии по сравнению со сплошными покрыти ми .It is most advisable to change the intensity of the magnetic field of the fluid. a zero-length back-front law. At the same time, the magnetic field oscillogram has a sawtooth shape (Fig. 1), and the beam draws on the surface of the product a series of straight flip-flops parallel to each other, angled to the direction of movement of the product (Fig. 2). The width of the reflow track is equal to or slightly less than the beam diameter due to the fact that the power density at the edges of the beam is less than at its center. The spacing of the segments of the flashing track t is determined by the velocity V of moving the product with the beam scanning frequency f. If the pitch t is larger than the beam diameter q, then the molten metal rollers on the surface of the product do not merge. At the same time, there is no continuity of the coating strip. Such a coating may be recommended in order to increase the wear resistance of the surface of the product. It saves surfacing powder and energy compared to continuous coatings.
Дл обеспечени сплошноЪти покрыти необходимо брать шаг t меньше диаметра пучка ч . При этом отдельные отрезки дорожек оплавлени перекрываютс своими кра ми и сливаютс в сплошную полосу оплавлени , ширина которой Ъ равна амплитуде сканировани пучка по поверхности издели (фиг,4 и 5). С уменьшением шага t увеличиваетс степень перекрыти соседних дорожек плавлени и уменьшаетс неоднородность толщины оплавленного сло и неровность его поверхности . Однако при этом возрастают энергозатраты на оплавление и уменьшаетс рроизводительность процессаTo ensure continuous coverage, it is necessary to take a step t less than the beam diameter h. At the same time, individual segments of the flashing tracks overlap with their edges and merge into a continuous flashing strip, whose width b is equal to the amplitude of the beam scanned over the surface of the product (Figures 4 and 5). With decreasing pitch t, the degree of overlap of the adjacent melting tracks increases and the non-uniformity of the thickness of the melted layer and the roughness of its surface decrease. However, this increases the energy consumption for reflow and reduces the productivity of the process.
из-за того, что в зонах перекрыти дорожек материал покрыти приходитс переплавл ть пучком дважды.due to the fact that in the overlapping zones of the tracks, the coating material has to be melted twice.
. Повышение однородности толщины оплавлени или наплавленного сло и устранение неровностей (гребенчатости ) его поверхности достигаетс ,когда частоту сканировани пучка берут в. Increasing the uniformity of the thickness of the melted or deposited layer and the elimination of irregularities (combing) of its surface is achieved when the beam scanning frequency is taken in
пределах от 1 до 2 величин fp 2V/a, где fp - частота (Гц), а - диаметр пучка, V - скорость перемещени поверхности издели (м/с), которую ре- .комендуетс брать в пределах от 1 доlimits from 1 to 2 values of fp 2V / a, where fp is the frequency (Hz), and is the beam diameter, V is the speed of movement of the surface of the product (m / s), which is recommended to be in the range from 1 to
4 величин расчетной скорости обработки , опрдел емой полуэмпирической формулой VP Р/43-103 Ь, где Р - мощность пучка (кВт), b - пшрина полосы оплавлени (м), равна амплитуде сканировани пучка по поверхности издели . Коэффициент 4310 имеет размерность кВт- с/м .4 values of the calculated processing speed, determined by the semi-empirical formula VP P / 43-103 b, where P is the beam power (kW), b is the width of the fusion strip (m), equal to the amplitude of the beam scanned over the product surface. The 4310 coefficient has the dimension kW-s / m.
За нижней границей предлагаемого интервала частоты fp поверхность наплавленного покрыти перестает быть гладкой и на ней про вл ютс гребенчатые неровности. А при достижении верхней границы предлагаемого интер- вала частоты толщина оплавленногоBeyond the lower boundary of the proposed frequency range fp, the surface of the weld coating is no longer smooth and comb irregularities appear on it. And when the upper limit of the proposed frequency interval is reached, the thickness of the melted
сло становитс одинаковой во всех точках оплавленной поверхности и дальнейшее повышение частоты уже не ведет к улучшению однородности толщины , но ведет к повышению энергозатрат и снижению производительности. Установка дл осуществлени предлагаемого способа обработки (фиг.6) состоит из ускорител 1 элё1стронов и устройства 2 вьшода пучка электронов из вакуумной системы ускорител в воздух или газ. Это устройство имеет многоступенчатую систему откачки воздуха или газа из канала, соедин ющего вакуумную систему ускорител сThe layer becomes the same at all points of the melted surface and a further increase in the frequency does not lead to an improvement in the thickness uniformity, but leads to an increase in energy consumption and a decrease in productivity. The installation for carrying out the proposed processing method (Fig. 6) consists of an accelerator 1 electrons and a device 2 exchanging the electron beam from the vacuum system of the accelerator into air or gas. This device has a multi-stage system for pumping air or gas from the channel connecting the accelerator’s vacuum system with
атмосферой. Многоступенчата система /откачки снабжена вакуумными насосами 3, каждьй из которых подсоединен к одной из ступеней системы откачки. Все ступени системы откачки отделены друг от друга медными диафрагмами 4 с отверстием в них дл прохождени остросфокусированного пучка электронов . Последн диафрагма 5 отдел ет последнюю ступень откачки от атмосферного воздуха. В диафрагме 5 также имеетс отверстие диаметром 1 - 1,5 мм дл выпуска пучка в атмосферу . Под устройством 2 дл вывода ка. в воздух установлено устройствоthe atmosphere. Multistep system / pumping is equipped with vacuum pumps 3, each of which is connected to one of the stages of the pumping system. All stages of the pumping system are separated from each other by copper diaphragms 4 with a hole in them for the passage of a sharply focused electron beam. The latter diaphragm 5 separates the final pumping stage from the atmospheric air. In the diaphragm 5 there is also a hole with a diameter of 1-1.5 mm for releasing the beam into the atmosphere. Under device 2 for output ka. device is installed in the air
513513
6, выполненное в виде тележки дл перемещени издели 7 относительно пучка с регулируемой скоростью. Рассто ние от выпускного отверсти в диафрагме 5 до поверхности издели 7 Составл ет 40-150 мм (регулируемое ). Под диафрагмой 5 (между ней и поверхностью издели 7) размещен электромагнит 8, обмотка которого подключена к источнику 9 тока, гене- рирующему электрический ток, периодически измен ющийс во времени по пилообразному закону с нулевой длительностью заднего фронта, частота которого может регулироватьс .Между диафрагмой 5 и электромагнитом 8 размещен ферромагнитный экран 10, в котором имеетс отверстие дл прохождени пучка, выполненное соосно с отверстием в диафрагме 5. Электро- магнит 8 установлен так, что зазор между его полюсами расположен соосно с отверсти ми в диафрагме 5 и экране 10, а вертикальные плоскости полюсов расположены перпендикул рно направ- лению перемещени издели 7 поперек пучка. Один из возможных вариантов выполнени электромагнита 8 показан на фиг. 7.6, made in the form of a trolley for moving the product 7 relative to the beam at an adjustable speed. The distance from the outlet in the diaphragm 5 to the surface of the product 7 is 40-150 mm (adjustable). Under the diaphragm 5 (between it and the surface of the product 7) an electromagnet 8 is placed, the winding of which is connected to a current source 9 generating an electric current, varying periodically in time according to the sawtooth law with zero duration of the falling front, the frequency of which can be regulated. Between diaphragm 5 and an electromagnet 8 accommodates a ferromagnetic shield 10 in which there is a hole for the passage of the beam, which is made coaxially with the hole in the diaphragm 5. The electromagnet 8 is installed so that the gap between its poles is located coaxially with the holes in the diaphragm 5 and the screen 10, and the vertical planes of the poles are perpendicular to the direction of movement of the product 7 across the beam. One possible embodiment of an electromagnet 8 is shown in FIG. 7
Электромагнит состоит из двух Ш- образных ферромагнитных магнитопро- водов и двух катушек, намотанных на боковые ветви магнитопроводов. Катушки подключены к источнику 9 тока. Пучок электронов проходит между по- люсами электромагнита, в зазоре между центральными ветв ми магнитопро- вода.The electromagnet consists of two B-shaped ferromagnetic magnetic conductors and two coils wound on the side branches of the magnetic circuits. Coils are connected to a current source 9. The electron beam passes between the poles of the electromagnet, in the gap between the central branches of the magnetic conductor.
Установка работает следующим обThe installation works as follows
разом.at once.
Пучок электронов, генерируемьй ускорителем 1, выходит из вакуумной системы ускорител в устройство 2 дл вьшода пучка электронов и движетс вдоль ее оси, показанной на фиг. 4 штрихпунктирной линией. Проход через отверсти в диафрагмах 4, раздел кицих ступени откачки, пучок попадает в области все большего давлени газа (все худшего вакуума), а после прохождени через отверстие в медной диафрагме 5 попадает в ат- мосферньй воздух или защитньй газ. Воздух или газ непрерьтно натекает в ступени откачки устройства 2 через эти отверсти в диафрагмах. Затем он откачиваетс непрерьшно действукшщми насосами 3. Попада в атмосферныйThe electron beam generated by accelerator 1 exits the accelerator’s vacuum system to device 2 for the output of the electron beam and moves along its axis shown in FIG. 4 by a dot-dash line. Passing through the openings in diaphragms 4, the Kits section of the pumping stage, the beam gets into the region of increasing gas pressure (all the worst vacuum), and after passing through the hole in the copper diaphragm 5 it gets into atmospheric air or shielding gas. Air or gas continuously flows in the pumping stage of the device 2 through these openings in the diaphragms. It is then pumped out continuously with the help of pumps 3. Falling into atmospheric
-5 0 -50
0 5 0 5
00
5five
00
5five
146146
воздух или газ, из-за рассеивани пучок электронов начинает постепенно увеличиватьс в диаметре. Но поскольку длина полного пробега рел тивистских электронов в воздухе составл ет - 1 м и более, то на рассто нии до 100-150 мм от выпускного отверсти в диафрагме 5 пучок остаетс еще достаточно концентрированным дл осуществлени оплавлени порошковых покрытий . Проход через зазор между, полюсами электромагнита 8, пучок электронов подвергаетс воздействию магнитного пол и отклон етс им в направлении, перпендикул рном направлению силовых линий магнитного пол и направлению движени электронов пучка. При этом угол отклонени оси пучка от первоначального направлени тем больше, чем больше напр женность магнитного пол . И при изменении напр женности магнитного пол по периодическому закону угол отклонени пучка также измен етс по периодическому закону. В результате пучок сканирует в направлении, перпендикул рном направлению движени тележки 6 с частотой f, равной частоте изменени тока, питающего электромагнит 8. При работе электромагнита 8 создаваемое им поле рассе ни может достигать диафрагмы 5, если отсутствует магнитный экран 10. В этом случае пу- 1air or gas, due to scattering, the electron beam begins to gradually increase in diameter. But since the total path length of relativistic electrons in the air is 1 m or more, at a distance of 100–150 mm from the outlet in the diaphragm 5, the beam is still sufficiently concentrated to melt the powder coatings. The passage through the gap between the poles of the electromagnet 8, the electron beam is exposed to a magnetic field and is deflected by it in the direction perpendicular to the direction of the magnetic field lines and the direction of movement of the electron electrons. In this case, the deviation angle of the beam axis from the original direction is the greater, the greater the magnetic field strength. And when the magnetic field strength varies according to a periodic law, the angle of deflection of the beam also changes according to a periodic law. As a result, the beam scans in the direction perpendicular to the direction of movement of the carriage 6 with a frequency f equal to the frequency of the current supplying the electromagnet 8. When electromagnet 8 is in operation, the stray field created by it can reach a diaphragm 5 if there is no magnetic shield 10. In this case - one
чок подвергаетс воздействию магнитного пол уже в пределах отверсти в медной диафрагме 5 и начинает сканировать , еще не выйд из этого отверсти . При этом сканирующий пучок электронов оплавл ет кра отверсти и увеличивает его размеры в направлении сканировани , превраща круглое отверстие в эллипсное. Через увеличи- вакнцеес отверстие в диафрагме 5 уси- ХЕИваетс натекание воздуха или газа в вакуумную систему установки, что вызьшает необходимость устанавливать более мощные насосы 3 дл откачки воздуха. Дл избежани этого устанавливают между электромагнитом 8 и диафрагмой 5 тонкий ферромагнитньй экран 10, преп тствующий попаданию магнитного пол на диафрагму 5. В качестве ферромагнитного экрана 10 можно использовать стальную пластину с отверстием в ней дл прохождени пучка . Экран 10 особенно необходим при работе с пучком электронов сравнительно низких (до 1 МэВ) энергий.The choke is exposed to a magnetic field already within the hole in the copper diaphragm 5 and starts scanning before it exits this hole. In doing so, the scanning electron beam melts the edge of the hole and increases its size in the scanning direction, turning the round hole into an elliptical one. Through a larger hole in the diaphragm 5, the air or gas leaks into the vacuum system of the installation, necessitating the installation of more powerful pumps 3 for pumping out air. To avoid this, a thin ferromagnetic screen 10 is installed between the electromagnet 8 and the diaphragm 5, which prevents the magnetic field from entering the diaphragm 5. As the ferromagnetic screen 10, a steel plate with a hole in it can be used to pass the beam. Screen 10 is especially necessary when working with a beam of electrons of relatively low (up to 1 MeV) energy.
77
которые сильно отклон ютс даже в слабых магнитных пол х.which are strongly deflected even in weak magnetic fields.
Пример 1. На установке (фиг.6 осуществл ют упрочнение поверхности пластин толщиной 10 мм из металлов, указанных в табл. 1, путем оплавлени их в атмосферном воздухе пучком электронов, генерируемым ускорителем ЭлВ-3. Ускоритель позвол ет регули- ррвать энергию электронов в пределах 0,4-0,7 МэВ. Ппастину каждого металла укладывают на тележку, перемещаемую под ускорителем поперек пучка со скоростью V. Рассто ние от выпускно- го отверсти в диафрагме до поверхности обрабатываемой пластины устанавливают равной 1. На пучок электронов в воздухе между диафрагмой и поверхностью пластины накладывают маг- нитное поле, периодически измен ющеес во времени по линейному закону с частотой f. Дл этого на электромагнит , размещенньй между диафрагмой и поверхностью издели , подают пилооб- разный ток. Изменением амплитуды тока устанавливают в зазоре между полюсами электромагнита заданную амплитуду напр женности магнитного пол Н. Сечение .полюсных наконечников со- ставл ет 20 20 мм. .Кежду электромагнитом и диафрагмой устанавливают ферромагнитный экран из стальной пластины толщиной 1 мм. В р езультате обработки пластины за один проход тележки образуютс валики оплавлени с шириной Ь , равной амплитуде сканировани пучка.Example 1. At the facility (Fig. 6, the surface of the plates 10 mm thick are made of metals listed in Table 1 by melting them in atmospheric air with an electron beam generated by the ElB-3 accelerator. The accelerator allows you to regulate the electron energy in limits 0.4-0.7 MeV. Pastin of each metal is placed on a trolley moving under the accelerator across the beam at a speed V. The distance from the outlet hole in the diaphragm to the surface of the plate is set equal to 1. The electron beam in the air between the diaphragm and the surface of the plate impose a magnetic field that varies periodically in time according to a linear law with a frequency f. To do this, an electromagnet is placed between the diaphragm and the surface of the product, and a sawtooth current is set in the gap between the electromagnet poles the amplitude of the magnetic field H. The cross section of the pole tips is 20–20 mm. A ferromagnetic shield of a steel plate 1 mm thick is installed between the electromagnet and the diaphragm. As a result of processing the plate in a single pass of the carriage, reflow rollers with a width b equal to the amplitude of the beam scanning are formed.
Результаты измерени геометрических размеров наплавленных валиков приведены в табл. 1, в которой приведены также и результаты экспериментов по износостойкости.The results of measuring the geometrical dimensions of the deposited rollers are given in Table. 1, which also shows the results of experiments on wear resistance.
Износостойкость поверхности издели до и после оплавлени определ ют на машине Шкода-Савина. После испытаний на поверхности образцов контролируют глубину лунок.The wear resistance of the surface of the product before and after reflowing is determined on a Skoda-Savin car. After testing on the surface of the samples control the depth of the wells.
Износостойкость поверхности определ ют как отношение z/h, где z путь трени , h - глубина вытертой лунки, мм. При этом соблюдают условие h S , где S - толщина оплавленного сло . Результаты испытаний приведены в табл. 1.The wear resistance of the surface is defined as the ratio z / h, where z is the path of friction, h is the depth of the wiped hole, mm. In this case, the condition h S is satisfied, where S is the thickness of the melted layer. The test results are shown in Table. one.
И р и м е р 2. Осуществл ют обработку поверхности пластин толщиной 6 мм из стали Ст 3 путем наплавки сплошного порошкового покрыти . Дл And p. M. 2. The surface treatment of plates with a thickness of 6 mm of steel St 3 is carried out by surfacing a continuous powder coating. For
g о 5 о g o 5 o
о about
g g
5five
11481148
этого на зачищенную поверхность пластины насыпают ровным слоем порошок, характеристика .и состав которого даны в табл. 2 и 3. Слой порошка разравнивают скребком до получени однородного по толщине сло с гладкой и равной поверхностью. Пластину укла- дьшают на тележку, .перемещаемую под ускорителем. Энергию электронов регулируют в пределах 0,8-1,5 МэВ. Облучение осуществл ют в атмосферном воздухе. Рассто ние от выпускного отверсти в диафрагме до поверхности пластины выбирают равным 1. На пучок в воздухе между диафрагмой и поверхностью пластины накладывают магнитное поле напр женностью Н, периодически измен ющеес во времени по линейному закону с частотой f. Между электромагнитом и диафрагмой устанавливают ферромагнитньм экран из стальной пластины толщиной 1,5 мм. В результате обработки на поверхности пластины образуетс наплавленный валик, имеющий ширину, равную амплитуде сканировани пучка.This powder is evenly poured on the cleaned surface of the plate, the characteristics and composition of which are given in Table. 2 and 3. The layer of powder is leveled with a scraper to obtain a layer of uniform thickness with a smooth and equal surface. The plate is placed on the trolley being moved under the accelerator. The electron energy is regulated in the range of 0.8-1.5 MeV. Irradiation is carried out in atmospheric air. The distance from the outlet in the diaphragm to the plate surface is chosen equal to 1. The beam in the air between the diaphragm and the plate surface is superimposed with a magnetic field of intensity H, periodically varying in time according to a linear law with a frequency f. A ferromagnetic screen of 1.5 mm steel plate is installed between the electromagnet and the diaphragm. As a result of processing, a weld bead is formed on the surface of the plate, having a width equal to the amplitude of the beam scanning.
Результаты экспериментов сведены в табл. 2.The results of the experiments are summarized in table. 2
П р и м е р 3. Осуществл ют обработку поверхности пластин толщиной 4 мм из стали Ст.З и из меди путем наплавки отдельных дорожек порошкового покрыти , образующего износостойкое рифление на поверхности пластины. Все операции обработки осуществл ют аналогично примеру 2, с тем отличием, что шаг сканировани выбирают больше диаметра пучка и в установке отсутствует ферромагнитньм экран. Это приводит к увеличению натекани воздуха -В вакуумную систему установки через отверстие в диафрагме и к необходимости увеличени производительности и мощности насосов в 1,5 раза по сравнению с производительностью примера 2,PRI me R 3. Surface treatment of plates with a thickness of 4 mm of steel St3 and copper is carried out by overlaying individual tracks of powder coating forming a wear-resistant grooved on the surface of the plate. All processing operations are carried out analogously to example 2, with the difference that the scanning step is chosen larger than the beam diameter and the installation does not have a ferromagnetic screen. This leads to an increase in air leakage into the vacuum system of the installation through an opening in the diaphragm and to the need to increase the capacity and power of the pumps by 1.5 times compared with the performance of example 2,
П р и м е р 4. Осуществл ют обработку поверхности пластин из дюралюмини марки Д16Т 20 мм путем наплавки на них отдельных дорожек порошкового покрыти , образующего износостойкое рифление на поверхности пластины. Все операции осуществл ют аналогично примеру 3, с тем отличием, что в установке между диафрагмой и электромагнитом размещают ферромагнитный экран из стали толщиной 1 мм, а зону обработки на пластине непрерывно обдувают струей защитного га91PRI me R 4. Surface treatment of duralumin plates of grade D16T 20 mm by overlaying on them separate tracks of powder coating forming a wear-resistant grooved on the surface of the plate. All operations are carried out analogously to example 3, with the difference that in the installation between the diaphragm and the electromagnet a ferromagnetic screen of steel with a thickness of 1 mm is placed, and the treatment area on the plate is continuously flushed with a protective shield 91
за - аргоном, с расходом 3 . В результате обработки на поверхности издели образуютс валики, показанные на фиг. 2.В табл. 4 приведены результаты обр аботки пластин согласно примерам 3 и 4,for - argon, with a consumption of 3. As a result of processing, rollers are formed on the surface of the product, shown in FIG. 2. In table. 4 shows the results of processing plates according to examples 3 and 4,
Из табл. 1 и 2 видно, что при выходе за граничные значени амплитуды напр женности магнитного пол Н резко растет неоднородность тйлщины сло оплавлени или наплавки. Здесь под неоднородностью толщины сло понимаетс отношение ширины краевых участ- ков полосы оплавлени , имеющих уменьшенную по сравнению со средним участком толщину, к ширине всей полосы оплавлени , выраженное в %,-При выходе з а верхнее граничное значение скорости тележки ( 4Vp) резко расте неоднородность оплавленного сло . При выходе за нижнее граничное значение скорости тележки ( LlVp) не происходит дальнейшего улучшени ка- чества поверхности, но чрезмерно возрастает величина проплавлени в металле подложки и растут удельные энергозатраты обработки. При выходе за нижнее граничное значение интерва ла частоты сканировани ( If„) по- вл ютс неровности поверхности наплавленного сло и увеличиваетс неоднородность его толщины, а при выходе за верхнее граничное значение предлагаемого интервала частоты сканировани (2fp) наблюдаетс плохое сплавление наплавл емого порошка с подложкой.From tab. Figures 1 and 2 show that, when the amplitude of the magnetic field H is exceeded beyond the boundary values of the magnetic field H, the heterogeneity of the type of the melting or cladding layer sharply increases. Here, the non-uniformity of the layer thickness is understood as the ratio of the width of the edge sections of the flashing strip, which have a reduced thickness compared to the middle section, to the width of the entire flashing strip, expressed in%, - When the output of the trolley speed limit (4Vp) sharply increased, the nonuniformity melted layer When the trolley speed (LlVp) exceeds the lower limit value, the surface quality does not improve further, but the amount of penetration in the substrate metal increases excessively and the specific energy consumption of the treatment increases. When the lower frequency limit of the scan frequency (If) is exceeded, irregularities in the surface of the deposited layer appear and its thickness heterogeneity increases, and when the upper limit value of the proposed scan frequency interval (2fp) is observed, the fused powder does not melt well with the substrate .
При использовании предлагаемого ,способа по сравнению с известным повышаетс производительность наплав- лени или оплавлени поверхностей изделий за счет того, что увеличиваетс ширина полосы оплавлени , по- When using the proposed method, as compared with the known method, the productivity of fusing or melting the surfaces of products is increased due to the fact that the width of the fusion strip increases;
1414
10ten
лучаемой за один проход издели под ускорителем, и отпадает необходимость в многократных возвратно-поступательных перемещени х издели под ускорителем, из которых одно перемещение вл етс рабочим, а второе (в обратном направлении) холостым.received in one pass of the product under the accelerator, and there is no need for multiple reciprocating movements of the product under the accelerator, of which one movement is working and the second (in the opposite direction) is idle.
Технологические возможности способа расшир ютс за счет по влени возможности получать полосу наплавки заданной ширины, имеющую гладкую по верхность или, наоборот, имеющую рифленую поверхность с заданным (регулируемым ) шагом рифлени .The technological capabilities of the method are expanded due to the occurrence of the possibility to obtain a surfacing strip of a given width, having a smooth surface or, on the contrary, having a corrugated surface with a predetermined (adjustable) corrugation pitch.
Кроме того, при использовании предлагаемого способа повышаетс однородность толщины оплавленного или наплавленного сло и уменьшаютс неровности его поверхности за счет повышени ширины полосы оплавлени и исключени образовани вьтуклых менисков на ее поверхности.In addition, when using the proposed method, the uniformity of the thickness of the melted or deposited layer is increased and the irregularities of its surface are reduced by increasing the width of the melting strip and eliminating the formation of tight meniscuses on its surface.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU853967059A SU1328114A1 (en) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | Method of electron-beam working out of vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU853967059A SU1328114A1 (en) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | Method of electron-beam working out of vacuum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1328114A1 true SU1328114A1 (en) | 1987-08-07 |
Family
ID=21201939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU853967059A SU1328114A1 (en) | 1985-09-13 | 1985-09-13 | Method of electron-beam working out of vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1328114A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990014921A1 (en) * | 1989-05-29 | 1990-12-13 | Moskovsky Energetichesky Institut | Method for obtaining a relief on the surface of articles |
| RU2704682C1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-10-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of electron-beam backfilling with control of filler wire position relative to electron beam (versions) |
-
1985
- 1985-09-13 SU SU853967059A patent/SU1328114A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Горбунов В.А. и др. ОсобенноЬти нагрева металлической пластины неразвернутым пучком электронов с энергией 800-1500 кэВ мощностью до 70 кВт.- Сварочное производство. 1979, № 1, с.10-12. Фоминский А.п. и др. Особенности оплавлени поверхностей и покрытий пучком электронов. - Сварочное про- . изводство, 1984, № 4, с.25-27. (54)СПОСОБ ВНЕВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990014921A1 (en) * | 1989-05-29 | 1990-12-13 | Moskovsky Energetichesky Institut | Method for obtaining a relief on the surface of articles |
| RU2704682C1 (en) * | 2018-12-20 | 2019-10-30 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Method of electron-beam backfilling with control of filler wire position relative to electron beam (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE2556607C2 (en) | Method and device for cathode sputtering | |
| US6866753B2 (en) | Vacuum arc vapor deposition apparatus and vacuum arc vapor deposition method | |
| US4486240A (en) | Method and apparatus for heat treating | |
| Węglowski et al. | Electron beam additive manufacturing with wire–analysis of the process | |
| EP1923902A1 (en) | Magnetron sputtering source, sputter coating system and method for coating a substrate | |
| CA1044959A (en) | Magnetic force sealant for plating tank | |
| SU1328114A1 (en) | Method of electron-beam working out of vacuum | |
| DE3506671C2 (en) | Steam source for vacuum coating systems | |
| WO1997034024A1 (en) | Means for vacuum coating of bulk material | |
| US12115582B2 (en) | Manufacturing chamber for an additive manufacturing machine | |
| US4020314A (en) | Delivery of welding flux in a method of submerged arc strip cladding of metallic work pieces | |
| EP1552544B1 (en) | Method for the production of a substrate with a magnetron sputter coating and unit for the same | |
| Bilek et al. | Characterization of a linear Venetian-blind macroparticle filter for cathodic vacuum arcs | |
| KR20040058615A (en) | Apparatus for Eliminating of Coating Material on Coated Metal Plate and Welding Method Using That | |
| DE19610253C2 (en) | Atomizing device | |
| JP4547818B2 (en) | Method for controlling the coating amount of hot dip galvanized steel sheet | |
| Abe et al. | The mechanism of high speed leading path laser-arc combination welding | |
| RU2534183C1 (en) | Electron-beam welding method of heterogeneous metal materials | |
| CA1224180A (en) | Plating workpiece using auxiliary member to control current density | |
| JP2991854B2 (en) | Single side welding method | |
| GB2055317A (en) | Electron beam welding | |
| JPS63171880A (en) | Thin film forming equipment | |
| EP2050837A1 (en) | Method for ion-plasma application of film coatings and a device for carrying out said method | |
| DE102014112671A1 (en) | Magnetron arrangement, processing arrangement and method for reactive sputtering | |
| JP3178373B2 (en) | Continuous electroplating method and equipment |