ELEKTRON IŞIN KAYNAĞI
Elektron ışını üretiminin fiziksel esasları
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. Elektronun bir U gerilimi yardımıyla kazandığı kinetik enerji:
Ekin =e. U H Mv/2.v2 = kinetik enerji [J]
U = elektrik gerilimi [V]
v = hız [m/s]
Mv = elektronun kütlesi [kg]
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. (Şekil 1).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 10.000 misli daha yüksektir.
Şekil 1: Kaynak tekniğinde kullanılan ısı menbaalarımn güç yoğunlukları.
Elektron ışını ile yapılan kaynakta, birleştirilecek parçalar I-alın ağız formunda hazırlanır ve ilâve metal kullanmadan kaynak yapılır. Derin nüfuziyet sebebiyle altlık kullanılmaz. Fakat akmayı veya yetersiz birleşmeyi önlemek için, kaynak karakteristikleri çok dikkatli olarak seçilir. Elektron ışınının birleşme yerlerini etkilemeden geçmemesi ve aralığın erimiş hacimle tamamen doldurulabilmesi için, kaynaklanacak iki parça arasındaki aralığın 1/100 mmden fazla olmaması lazımdır. Bu dar tolerans, freze veya taşlama suretiyle ağızların itinalı bir şekilde hazırlanmasını gerektirir. Diğer kaynak usullerinde, bu kadar toleranslara gerek yoktur.
Parçaya çarpan elektron ışını, malzeme yüzeyini buharlaşma sıcaklığına kadar ısıtır. Birdenbire buharlaşan malzeme, gelen ışının basıncıyla birlikte, çevresindeki erimiş metali yana iter. Böylece parçanın alt yüzeyine kadar uzanan bir buhar kanalı oluşur. Elektron ışını, yapılan dikiş boyunca hareket ettirilirse, önde bu buhar kanalı açılır ve bunun arkasından sıvı malzeme birleşerek kaynak gerçekleşir. (Şekil 2)
Şekil 2: Elektron ışını ile kaynağın oluşum adımları
Bazı durumlarda metalürjik sebeplerden dolayı, birleştirilecek parçaların arasına mekanik olarak ilâve bir tel veya bant yerleştirilir. Araya konan bu ilâve metal elektron ışının tesiriyle esas metal ile beraber eriyerek, aralığın tam olarak doldurulmasını sağlar.
Diğer usullerde olduğu gibi, elektron ışını ile kaynakta kaynak yerinin kimyasal olarak saflığını bozacak hiçbir işlem meydana gelmez. Bu sebepten kaynak metalinin bileşimi esas metalinkiyle aynıdır ve bir homojenlik sağlanmış olur.
Elektron ışınlarının üretimi, 10-4 Torrdan daha küçük bir yüksek vakum gerektirir. Vakum olmaması durumunda, elektronlar gaz moleküllerine çarparak hem enerjilerini kaybederler
hem de dağılırlar. Bu sebepten, elektron bombardımanı kaynağı vakum içerisinde yapılır. Bu durum ise; diğer kaynak usullerine göre bir dezavantaj teşkil eder. Aynı zamanda vakum kamarasının büyüklüğü, iş parçasının büyüklüğünü sınırlar.
Elektron ışını üreten .tabanca ve çalışma kamarası, birbirlerine yalnız elektron ısınının geçeceği dar bir delikle bağlanırlar ve iki hacim de ayrı pompalarla tahliye edilirler. Çalışma kamarasının hacmi dişli çark imalâtında 1 litre iken, uçak ve roket kaynaklarında 50 m3 e kadar çıkar.
Elektron ışını ile elde edilen erime bölgesinin boyutları
Elektronlar ısılarını bırakmadan önce, parçanın derinliklerine kadar ilerleyen bir buhar teşekkül ettirirler. Kaynak profilinin derinliğinin ortalama genişliğine oranı, 25/1e kadar çıkar. (Şekil 3)
Şekil 3: TIG, plazma ve elektron ışını ile yapılan kaynaklarda erime bölgesi formlarının karşılaştırılması.
Elektron ışını ile kaynak hızı ve kaynak edilen parça kalınlığı
Elektron ışını ile; mikron mertebesinde
