جوشکاری از مهمترین فرآیندها در صنعت است که از آن برای اتصال دو قطعه به هم استفاده می‌شود. این کار معمولا با ایجاد حرارت بالا و ذوب ماده و سپس سرد کردن صورت می‌گیرد. حال فرآیند جوشکاری خود شامل چندین متد است که یکی از آنها جوشکاری پرتو الکترونی است. این جوشکاری از انواع جوشکاری ذوبی است که در صنایع مختلفی از آن استفاده می‌شود. در این مطلب قصد داریم در رابطه با جوشکاری پرتو الکترونی صحبت کنیم و به مزایا و کاربردهای آن اشاره داشته باشیم.
آشنایی با جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی Electron Beam Welding (به اختصار EBW) از انواع جوشکاری‌های ذوبی است که در آن به وسیله تمرکز بالای الکترون‌ها و ایجاد گرما در نقطه اتصال، فرآیند جوش انجام می‌شود. برای جوشکاری EBW نیاز به یک محفظه است و عملیات جوشکاری در داخل محفظه با خلاء انجام می‌شود. دقت اتصال جوش پرتو الکترونیکی بسیار زیاد است و جوش از عمق بسیار بالایی برخوردار می‌باشد.
در جوشکاری پرتو الکترونی (بیم) از یک تفنگ الکترونی استفاده می‌شود که به وسیله آن پرتاب الکترون‌ها صورت می‌گیرد و حرارت لازم جهت ایجاد جوش فراهم می‌شود. در این فرآیند با استفاده از میدان‌های الکتریکی، الکترون‌ها سرعت زیادی پیدا می‌کنند و این جریان با استفاده از میدان‌های مغناطیسی متمرکز می‌شود. سپس با برخورد بر روی قطعه کار گرمای جنبشی ایجاد شده و سبب ذوب و پیوند آنها با یکدیگر می‌شود. پس به طور خلاصه در جوشکاری پرتو الکترونی، انرژی جنبشی از تراکم و سرعت بالای الکترون‌ها تبدیل به انرژی گرمایی می‌شود و با ایجاد گرما فرآیند ذوب اتفاق می‌افتد. پس از سرد شدن بخش‌های ذوب شده نیز انجماد ایجاد شده و جوش رخ می‌دهد.
مهمترین مزایای جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی از چندین مزیت برخوردار است که در اینجا به آنها اشاره می‌کنیم:
- در این روش حرارت ورودی در مقایسه با روش‌های ذوبی دیگر کمتر است.
- با این روش میتوان به جوش‌های عمیق و باریکتری نسبت به روش‌های قوسی دست پیدا کرد.
- از آنجایی که جوشکاری الکترون بیم در داخل محفظه با خلاء انجام می‌شود، فلز جوش و همچنین محیط از تمیزی قابل توجهی برخوردار می‌شوند.
- در این روش نیازی به جوش‌های چند پاس و عملیات حرارتی نمی‌باشد.
- با جوشکاری پرتو الکترونی امکان اتصال قطعات و آلیاژهای حساس به حرارت وجود دارد.
- جوشکاری الکترون بیم به سیم جوش نیازی ندارد و امکان جوشکاری قطعات و ورق‌های بسیار نازک نیز با آن وجود دارد.
- از دیگر مزایای جوشکاری پرتو الکترونی، تحت کنترل بودن کامل فرآیند جوش است. همچنین امکان آب‌بندی با کیفیت بسیار بالا از طریق آن وجود دارد.
محدودیت‌ها و معایب جوشکاری پرتو الکترونی کدامند؟
معمولا هر یک از روش‌های جوشکاری در کنار مزایای خود از چندین عیب و محدودیت برخوردار هستند. جوشکاری پرتو الکترونی نیز به همین شکل است و چندین محدودیت برای آن وجود دارد که عبارتند از:
- قطعه کار باید به طور دقیق و بدون انحراف در درون محفظه قرار بگیرد تا کمترین انحراف و پراکندگی پرتو را از مسیر اولیه به همراه داشته باشد.
- از آنجایی که پرتو الکترون دارای بار منفی است، میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی موجب انحراف پرتو می‌شوند.
- تعمیر عیوب جوشکاری در عمق قطعه در اتصالات قطعات ضخیم دشوار است. حتی ممکن است در حین تلاش برای تعمیر عیوب، عیوب جدیدتری هم ظاهر شوند.
- قیمت تجهیزات جوشکاری الکترون بیم بالا بوده و کاربردهای محدودتری نسبت به دیگر روش‌های قوسی دارد.
- به علت محدودیت در استفاده از سیم جوش در این روش و همچنین نیروی شدید روی مذاب، امکان شکل‌گیری ترک به خصوص در ابتدا و انتهای مسیر وجود دارد.
- این فرآیند جوشکاری نسبت به تغییرات جزئی حساسیت زیادی دارد.
انواع روش‌های جوشکاری با پرتو الکترونی
برای جوشکاری با پرتو الکترون چندین متد وجود دارد که از هر کدام باید در محیط و شرایط مناسبی استفاده شود. در رابطه با انواع متدهای جوشکاری الکترون بیم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
1. جوشکاری با اشعه الکترون
در این روش از جوشکاری پرتو الکترونی، از خلاء استفاده نمی‌شود. بلکه بر اثر فشار اتمسفر فرآیند جوش تکمیل می‌گردد. فاصله تفنگ الکترون و قطعه کار هم در حدود 4 سانتی متر و ضخامت فلز 5 سانتی متر است. در جوشکاری با اشعه الکترون میتوان به هر اندازه قطعه کار را جوشکاری کرد. برای همین است که در آن نیازی به محفظه خلاء و اتاق نمی‌باشد.
جوشکاری با پرتو الکترونی در خلاء شدید
در این روش باید از محفظه خلاء کوچکی جهت فرآیند جوش استفاده شود. همچنین باید از مواد یا قطعات با قطر و ضخامت مناسبی استفاده شود که این ضخامت میتواند 15 سانتی متر باشد. در جوشکاری با پرتو الکترونی خلاء شدید، فاصله بین تفنگ الکترون و قطعه کار باید کمتر از 0.7 متر باشد. این روش از جوشکاری پرتو الکترونی، از کاربردهای بسیار زیادی برخوردار است.
جوشکاری با پرتو الکترونی در خلاء نسبی
از آنجایی که در این روش از فشار کمتر از 0.1 اتمسفر استفاده می‌شود، میتوان از اتاق یا محفظه بزرگتری استفاده کرد. این موضوع زمان لازم برای تجهیز کردن و ساخت تجهیزات را کاهش می‌دهد. در جوشکاری با پرتو الکترونی در خلاء نسبی، از فلزات با ضخامت 5 سانتی متر میتوان استفاده کرد.
کاربردهای جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی به دلیل دقت بالا و همچنین عمق نفوذ زیاد، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. از مهمترین کاربردهای جوشکاری پرتو الکترونی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- صنعت خودروسازی. در صنعت خودروسازی از جوشکاری الکترون بیم برای جوش و اتصال نقاط شعاعی چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. همچنین در مواردی که حداقل عملیات ماشین کاری و پرداخت ضروری باشد، میتوان از آن استفاده کرد.
- صنایع هوافضا. از جوشکاری پرتو الکترونی برای ساخت موتورهای فضاپیماها استفاده زیادی می‌شود. جوشکاری اجزای استاتورهای ضخیم آلیاژهای تیتانیوم، دیسک کمپرسور و محور روتور کمپرسورها نیز میتواند با این روش انجام شود.
- صنایع هسته‌ای. از جوشکاری الکترون بیم میتوان در صنایع هسته‌ای جهت جوشکاری قطعات تیتانیومی و زیرکونیومی استفاده کرد.
- صنایع الکترونیک و پزشکی. با جوشکاری پرتو الکترونی میتوان به جوشکاری سنسورها روی اجزای الکترونیکی و لوازم پزشکی پرداخته و کار را تسهیل کرد. جنس‌های مصرفی در این بخش هم عمدتا فولاد زنگ نزن آستنیتی، کبالت و کروم هستند.
فلزات قابل جوشکاری با جوشکاری الکترون بیم
آلیاژهای برخی از فلزات در برابر جوشکاری ذوبی حساس بوده و ممکن است بر اثر حرارت بالا و ذوب دچار تبخیر و ترک خوردگی شوند. برای همین برای جوش دادن آنها بهتر است از جوشکاری پرتو الکترونی استفاده شود. از جمله فلزاتی که با روش جوشکاری الکترون بیم قابل جوش هستند، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- مولیبدن. بیشترین مشکل جوشکاری مولیبدن، انعطاف پذیری کم و استحکام ضربه پایین است. برای همین بهتر است آلیاژهای مصرفی تا حد امکان خالص باشند.
- برلیوم
- تیتانیوم
- زیرکونیوم
لازم به اشاره است که با جوشکاری الکترون بیم، امکان جوش فلزات مشابه و غیر مشابه وجود دارد. در واقع یکی از مزایای این جوشکاری امکان استفاده برای جوشکاری فلزات مشابه و غیر مشابه است. به طوری که بسیاری از فعالان این حوزه با این روش میتوانند فلزات مختلفی را به هم متصل نمایند. این یعنی امکان اتصال عنصر پلاتین به ژرمانیوم، تیتانیوم به وانادیوم، آلومینیوم به زیرکونیوم و غیره با این روش وجود دارد. با این حال در رابطه با عناصر مورد نظر خود تحقیق کنید و از قابلیت اتصال آنها با روش جوشکاری پرتو الکترونی مطمئن شوید.
تجهیزات لازم برای جوشکاری پرتو الکترونی
جوشکاری پرتو الکترونی همچون هر روش دیگری نیاز به یک سری تجهیزات دارد که پیش از شروع به کار باید تهیه شوند. از آنجایی که این جوشکاری در خلاء انجام می‌شود، استفاده از محفظه یا اتاقک خلاء یا چمبر وکیوم مورد نیاز است. قطعه کار باید از شکل و ابعادی برخوردار باشد که در داخل اتاقک به خوبی قرار بگیرد. برای همین یکی از محدودیت‌های جوشکاری پرتو الکترونی میتواند مربوط به این موضوع باشد و جوشکار را میتواند دچار چالش نماید.
پس از قرار دادن قطعه در اتاقک که معمولا روی یک کانوایر مخصوص نصب می‌شود، محل درز روبروی تفنگ الکترونی قرار می‌گیرد. کانوایر وظیفه دارد که قطعه را با سرعت مشخص به جلو هدایت کند تا پرتو الکترونی درز محل اتصال را ذوب نماید. پس به طور خلاصه از مهمترین تجهیزات در جوشکاری پرتو الکترونی باید به موارد زیر اشاره کرد:
- تفنگ الکترون: این وسیله برای تولید پرتو الکترون است.
- محفظه خلاء: قطعه کار در این محفظه که خالی از هوا است، قرار می‌گیرد و مورد جوشکاری واقع می‌شود.
مهمترین عوامل در گرمای ورودی در جوشکاری پرتو الکترونی
در گرمای ورودی جوشکاری الکترون بیم، چندین عامل دخیل هستند که از مهمترین آنها باید به سرعت مسیر، ضخامت پرتو الکترون و تعداد الکترون‌های برخورد کننده به ورق یا قطعه اشاره کرد.
جمع بندی
جوشکاری پرتو الکترونی یا جوشکاری الکترون بیم، از انواع جوشکاری‌های ذوبی است که از مزایا و کاربردهای زیادی برخوردار است. در این روش فرآیند جوش به وسیله تمرکز بالای الکترون‌ها و ایجاد گرما در نقطه اتصال صورت می‌گیرد. عملیات جوشکاری هم در داخل یک محفظه با خلاء (بدون هوا) انجام می‌شود. جهت تهیه تجهیزات لازم برای جوشکاری پرتو الکترونی، میتوانید از فروشگاه پاشا جوش صنعت اقدام نمایید.
