سخن روز:

سیدهادی سپهریان

در مورد جوشکاری با پرتو الکترونی مطالب کمی منتشر شده. امیدوارم چیزی که آورده شده مفید باشد. پرتو الکترونی با انرژی بالا، اصولا راهی منحصر بفرد برای انتقال میزان زیادی از انرژی گرمایی متمرکزشده به ماده می باشد.
برای درک بهتر مکانیک انتقال این پروسه، می بایست با برخی اجزای مهم سیستم آشنا شویم. بیشتر سیستم های پرتو الکترونی که امروز در ساخت و تولید از آنها استفاده می شود، دارای خلا می باشند.
ما بیشتر بحث خودمان را روی این نوع ماشین متمرکز می کنیم. انواع دیگر ماشین عبارتند از: خلا جزیی، و تجهیزات بدون خلا که در تولید انبوه استفاده می شود. طرح لامپ سه قطبی شامل کاتد (فیلمان)، کلاهک شبکه، و آند می باشد. دیگر اجزای فرعی عبارتند از: کابل با فشار بالا، و سیم پیچ های متمرکز کننده و منحرف کننده. تمام قرار دارد، این اجزا درون یک مخزن خلا که ستون بالایی نامیده می شود . این تجهیزات ستونی به وسیله شیر جداکننده ای که زیر آند قرار دارد در خلا نگه داشته می شوند.
محیط خلا دارای مزایای زیر است:

مولکول های حجمی گازی را که مانع از برقراری یک لامپ سه قطبی پایدار می شود را جدا می کند .
از اکسید شدن فیلمان جلوگیری می کند
باعث ایجاد محیطی قابل کنترل می شود که می توان از تفنگ الکترونی در برابر محصولات فرعی جوشکاری محافطت نمود.

تشکیل پرتو: ستون بالایی

تشکیل پرتو با انتشار الکترون ها از فیلمان تنگستن که در درجه حرارت بسیار بالایی قرار دارد انجام می شود.
در طول این پروسه فیلمان به وسیله مقدار از پیش تعیین شده ای جریان الکتریکی اشباع می شود. بعد از رسیدن به درجه حرارت کاری الکترون ها به حالت جوشان از دهانه فیلمان خارج می شوند. یک پتانسیل ولتاژ منفی با مقدار بسیار بالا که ولتاژ شتاب دهنده نامیده می شود به فیلمان کاتد داده می شود. در این شرايط که تجهیزات کاتد تا 150Kv شارژ شده، تنها نیرویی که از انتشار الکترون ها جلوگیری می کند، ولتاژ منفی ثانویه ای است که روی تجهیزات کلاهک شبکه قرار دارد. این ولتاژ که به طور قابل ملاحظه ای کمتر از ولتاژ شتاب دهنده است، مانند شيری عمل می کند که حجم الکترونی را که از ساتع کننده کاتد به هدف جذب کننده جاری می شود، کنترل می کند. آن با پتانسیل مثبت یکی از هدف های جذب کننده در لامپ سه قطبی است اما نقش آن چیزی بیشتر از وسیله ای برای تشکیل پرتو است تا جمع کننده الکترون. هدف بعدی قطعه کار است که معمولا فلزی است و باعث ایجاد مسیری رسانا به طرف زمین برای تکمیل مدار می شود.

تحویل پرتو: ستون پایینی

دیگر اجزای مهم ستون تحویل پرتو، سیم پیچ های متمرکز کننده و منحرف کننده و شیر جداکننده هستند. سیم پیچ مغناطیسی متمرکز کننده که در زیر تجهیزات آند قرار گرفته می تواند به عنوان ابزاری برای فشرده نمودن پرتو به صورت کانال بسیار متمرکز انرژی و یا منبع متفرق کننده انرژی استفاده شود. سیم پیچ منحرف کننده، جزء بسیار مهم دیگری است که برای مقصود دوم که در پارامترهای کنترل کننده پرتو گفته شد شرکت می کند ولی اکنون فقط می گوییم که این یک دستگاه هدایت کننده است. سیم پیچ متمرکز کننده طرحی دایروی دارد و با ستون هم مرکز است. یک جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می کند که و باعث ایجاد شار مغناطیسی می شود که سبب همگرا شدن پرتو الکترون می شود. بسته به پارامترها و رسانایی ماده، نسبت عمق عرض جوش 8 به 1 ، قابل دستیابی است. این ترکیب از جوش باریک و ناحیه متاثر از جوش مینی مم که در محیط خلا ایجاد می شود، در نهایت جوشی با بالاترین کیفیت را به دنبال خواهد داشت. شیر جدا کننده برای جدا نمودن محیط خلا در ستون بالایی از ستون پایینی به کار می رود. پرتو بعد از عبور از میان ستون پایینی، داخل حفره اتاقک وارد می شود.

واکنش پرتو در حفره اتاقک

هنگامی که پرتو وارد حفره اتا قک می شود، به طرف هدفی می رود که در ارتفاع از پیش تعیین شده ای قرار دارد و این همان قطعه کار واقعی است. این فرایند در بسیاری از تجهیزات قبل از جوش وجود دارد. سپس اپراتور پروسه میزان سازی پرتو و کالیبراسیون پارامترها را دنبال می کند. برخلاف جوشکاری لیزر، آماده سازی بنا به این واقعیت که تکنسین می باید پرتو را از طریق سیستم اپتیکی به منظور تطبیق و تمرکز دقیق تماشا کند، بسیار متفاوت است. در مورد پرتو لیزر، تکنسین نمی تواند پرتو را ببیند و بنابراین باید در مورد دقیق بودن موقعیت پرتو به تجهیزات اطمینان کند. همین که پرتو بوجود آمد و تنظیم شد، دستگاه برای انجام پروسه آماده است. تکنسین های جوشکاری با پرتو الکترونی معمولا افرادی ماهر و با مسوولیت زیاد می باشند. چند مساله در رابطه با ایمنی وجود دارد که تکنسین پرتو الکترونی باید به آنها توجه کند: مسلط بودن به تجهیزات به این منظور که در مواقع خرابی سیستم بتوانند راه حلی برای جلوگیری از بیشتر شدن خسارت ارائه دهد. تکنسین ها باید تشکیل و اندازه گیری پرتو لیزر را که محصول فرعی حاصل از برخورد پرتو الکترونی با قطعه کار است، در نظر داشته باشند. (بررسی های دوره ای باید توسط پرسنل انجام گیرد.)

واکنش پرتو الکترونی در مواد
پرتو متمرکز شده الکترونها روی اتصال جوش به هدفی برخورد می کنند که در آن نقطه انرژی جنبشی الکترونها به انرژی گرمایی تبدیل می شود. قطعه می تواند ثابت باشد و یا در طول محور دلخواهی حرکت کند. این حرکت می تواند مانند یک میز CNC به صورت کامپیوتری کنترل شود و یا می توان از یک مکانیزم ساده چرخان استفاده نمود. وقتی که پرتو برای قطعه در حال حرکت بکار برده می شود، چند تبدیل فیزیکی رخ می دهد. ماده به سرعت در سطح خود شروع به ذوب شدن می کند. دو شکل جوش می تواند بکار گرفته شود؛
رسانایی و سوراخ کلیدی.
در حالت اول که اصولا برای مواد نازک بکار می رود، گرم شدن اتصال جوش تا دمای ذوب به سرعت روی سطح و یا زیر سطح رخ می دهد و به دنبال آن رسانایی گرمایی از میان اتصال جوش برای نفوذ کامل و یا جزئی انجام می شود. جوش نهایی به دو دلیل بسیار نازک است: اول اینکه این جوش به وسیله پرتوی متمرکز با سطح دانسیته انرژی بسیار کم ایجاد می شود. دوم اینکه دانسیته انرژی بالا، سرعت های حرکت بالاتر را مجاز می کند و باعث می شود جوش آنقدر سریع رخ دهد که فلز پایه مجاور گرمای اضافی را جذب نکند و این اجازه می دهد که فرایند جوشکاری با پرتو الکترونی کمترین منطقه متأثر از جوش را داشته باشد.
وقتی که به عمق نفوذ زیادی نیاز باشد، از مُد سوراخ کلیدی استفاده می شود. این مد عملی است چون انرژی متمرکز و سرعت الکترونهای پرتو توانایی نفوذ زیر سطحی را دارند. نفوذ زیر سطحی باعث تبخیر سریع ماده و بنابراین سبب ایجاد سوراخ در ماده می شود. در سوراخ، تبخیر سریع و پاشش سبب فشاری می شود که به وسیله آن ماده ذوب شده در مقابل دیواره سوراخ به حالت معلق قرار می گیرد. همانطور که سوراخ در طول اتصال جوش با حرکت قطعه کار به پیش می رود، لایه ذوب شده به اطراف پرتو انرژی می پاشد تا سوراخ را پُر کند و یک جوش ذوبی ایجاد نماید. سوراخ و ماده در حال انجماد، به شکل یک سوراخ کلید هستند. هر دو مد رسانایی و سوراخ کلیدی دارای ویژگی های مشترکی همچون جوش نازک و کمترین منطقه متأثر از جوش هستند. تفاوت پایه ای این است که جوش سوراخ کلیدی، یک جوش با نفوذ کامل است و جوش رسانایی معمولا دارای مقداری ماده مذاب است و به خاطر رسانایی انرژی گرمایی نفوذ می کند.
فرآیند جوشكاری با پرتو الكترونی یك فرآیند اتصال ذوبی است كه در طی آن قطعه كار توسط جریانی متراكم از الكترون های دارای سرعت بالا بمباران شده و كل انرژی جنبشی الكترون ها،در اثر برخورد با قطعه كار به حرارت تبدیل میشود. این حرارت موجب ذوب لبه های قطعات واتصال دو قطعه پس از انجماد می شود.
این جوشكاری معمولا در یك محفظه خلا با استفاده از یك سیستم تولید و تمركز پرتو الكترونی انجام میشود.