Elektron ışını ile şekil verme. Prof. Dr. Akgün ALSARAN

Transkript

1 Elektron ışını ile şekil verme Prof. Dr. Akgün ALSARAN

2 Elektron ışını Elektron ışını, bir ışın kaynağından yaklaşık aynı hızla aynı doğrultuda hareket eden elektronların akımıdır. Yüksek vakum içinde katod tüpleri yardımıyla oluşturulur. Kattottan çıkan elektronlar, bir elektrik alanı yardımıyla anoda doğru ivmelendirilir. Elektronların bir katı cisme çarpması ile hızı sıfıra iner ve kinetik enerjisi başka enerji türlerine dönüşür. Benzer prensiple çalışan elektron mikroskobunda ısı soğutma ile uzaklaştırılırken, elektron ışını ile kaynak yönteminde bu ısıdan yararlanılır. Elektron ışını ile temin edilen ısının veya gücün yoğunluğu, klâsik kaynak usullerinden yüksektir.elektron ışınlarının güç yoğunluğu, takriben 108W/cm2 dir. Bu güç yoğunluğu ile, tabancadan 1 m uzaklıklara kadar çalışma imkanı ortaya çıkar. Elektron ışınlarının ısı konsantrasyonu, gaz alevi ve elektrik arkındakinin katı daha yüksektir.

3 Elektron ışını Electron ışını ile delme metallerde 0,002-0,060 inch çapında ve diğer iletken metallerde 0,010-0,250 inch inceliğinde delikler açan bir prosestir. Lazer ile delme e benzeyen EB delmede, belirli bir bölgede erimenin olmasını sağlamak için enerji çalışma parçasının üzerine odaklanır ve delikler açılır.

4 Elektron ışını ile delme Delik açmanın nasıl çalıştığını bir metal levhanın yüzeyine doğrultulmuş bir ışını göz önüne alarak aşağıdaki şekilde görebiliriz. Işın çok küçük bir çapa sahiptir; bu sayede levha yüzeyinde çok küçük çaplardaki bir nokta üzerine odaklanabilir. Işın aynı zamanda çok yüksek bir kinetik enerjiye sahiptir ve bir katı cisme çarptığında bu enerjiyi serbest bırakır. Başarılı bir kaynağın gerçekleştirilebilmesi için serbest bırakılması gereken enerji miktarı l0 kw/mm2 ' ün üzerinde olmalıdır

5 Elektron ışını ile delme Işının çarpma noktasında metalin sıcaklığı küçük bir alanda hızla yükselir. Metal erir ve bir kısmı da buharlaşır. Erimiş metal kenarlara doğru itilir ve bir krater oluşarak daha önce meydana gelmiş olan küçük banyonun dibindeki kati metal ortaya çıkar. Işın bundan sonra kah haldeki metale çarpar ve böylece biraz daha enerji serbest kalır. Ortaya çıkan yeni metalde de erime oluşturur; yeni bir krater meydana gelir ve bu çevrim, ışın tüm levha kalınlığı boyunca nüfuz edinceye kadar devam eder. Bu aşamada levha kalınlığı boyunca devam eden bir silindirik boşluk veya bir delik oluşur. Bu deliğin cidarı, ışın ekseninden dışarıya doğru zorlanarak atılmış, erimiş metalle kaplıdır. Bu metal, yüzey gerilimi ve delikte mevcut metal buharının basıncı sayesinde yerinde kalır.böylece ışın, çok az bir enerji kaybıyla, delik boyunca ilerleyerek levhanın diğer tarafına ulaşır. Bununla beraber, ışını bir tarafa doğru hareket ettirecek olursak, deliğin cidarına temas eder ve enerjisini salar. Delik geçici olarak uzamış hale gelir. Işının terk ettiği alandan ısı kaybı olur ve deliğin arka cidarındaki metalin bir kısmı katılaşır.

6 Elektron ışını ile delme Ön taraftan eriyen metal, yüzey geriliminin etkisiyle, dairesel kesiti yeniden oluşturmak üzere deliğin çevresine doğru akar. Işın levha boyunca hareket ederken, bu sıvılaşma ve katılaşma olayları deliğin şeklini üniform halde tutacak tarzda düzenli olarak ilerler. Hareketin tamamlanmasından sonra, ışının hareket doğrultusu ve levha kalınlığı boyunca ince bir döküm metal bandı oluşur. Tanımlanan bu işlemler dizisine "delik açma" adı verilir. Karşılıklı yüzeyleri arasında küçük bir aralıktan başka bir şeyi olmayan bir küt alın bağlantısında, bağlantı çizgisi boyunca ışını hareket ettirerek, delik cidarlarını kaplayan erimiş metal yardımıyla ara yüzeyde bk köprü oluşturduğundan, delik açma kaynağa uygun bk tekniktir. Diğer eritme kaynağı sistemlerinde olduğu gibi, arka cidardaki erimiş metalin sürekli katılaşması bağlantının iki elemanını birbirine birleştirir.

7 Elektron ışını ile kaynak Kaynak için gerekli ısının, parça yüzeyine yüksek hassasiyette odaklanmış ve yönlenmiş yüksek yoğunlukta elektron demeti ile sağlandığı eritme kaynak yöntemidir. Elektron ışın kaynağında güç değil güç yoğunluğu önemlidir.

8 Elektron ışını ile kaynak Üstünlükleri: Yüksek kalitede dikişler, derin ve/veya dar profiller Sınırlı ITAB, düşük ısıl distorsiyon Yüksek kaynak hızları Dekapan veya koruyucu gaz gerekmez Eksiklikleri: Yüksek ekipman maliyeti Hassas ağız hazırlığı ve hizalama gerekir Vakum kamarası gerekir Güvenlik konusu: EBW x-ışınları üretir

9 Elektron ışını ile delik delme İşlemin kabiliyetleri 1. Delik çapı: mm (1.4mm maksimum) 2. L/D:15:1 3. Isıl etkilenme:0.025mm 4. Delik çapı toleransı ±0.03mm 5. Delik yakınlığı, çapın iki katı Kısıtlamalar 1. Pahalı tezgah 2. Operatör kalitesi gerekli 3. En fazla 10mm kalınlıklı malzeme 4. Üstten çapak oluşumu Avantajlar 1. Hızlı delik delme 2. Tüm malzemelere delik delme 3. Mekanik ve ısıl deformasyon yok 4. Yüksek hassasiyet 5. Bilgisayarla denetim

10 Elektron ışını ile şekil verme Uygulama alanları 1. Uzay endüstrisinde: Türbin motorlarının yanma kubbelerine soğutma deliği açılması CrNiCoMoW lu çelik t:1.1 mm Delik sayısı: 3748 Çap:0.9mm Süre: 1 saatten az 2. İzolasyon endüstrisinde: Döner delikli başlıktan sıvı malzemenin alnabilmesi için çok sayıda küçük delik delinmesi (cam yünü eldesi) Delik sayısı: Çap:0.8mm Süre: 40 dak. 3. Gıda endüstrisinde: Çok ince malzemeler ve folyelerde delik delme 4. Tekstil endüstrisinde: Plastik kaplamalı tekstil ürünlerinde hava ve ter deliği açkmak için (spro ayakkabıları)(cam yünü eldesi) Çap:0.1mm Süre: 5000 delik/dak.