Управление формированием сварного шва при ЭЛС по вторичной электронной эмиссии из зоны сварки

• Автор: Трушников, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 131 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ
ШВА ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ
1.1. Некоторые особенности взаимодействия электронного пучка
со свариваемым металлом
1.2. Вторично-эмиссионные явления в зоне взаимодействия
при электронно-лучевой сварке
1.3. Использование вторично-эмиссионных явлений для контроля технологического процесса сварки
1.3.1. Контроль фокусировки
1.3.2. Контроль процесса формирования шва
при сквозном проплавлении
1.4. Применение осцилляции электронного пучка и модуляции
его мощности в процессе электронно-лучевой сварки
Выводы
Постановка цели и задачи исследования
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Методика исследования влияния модуляции тока пучка
при электронно-лучевой сварке на формирование сварного шва и характер тока несамостоятельного разряда в плазме
2.2. Оборудование для исследования влияния модуляции тока пучка
и его осцилляции на характер тока несамостоятельного разряда
2.3. Методика исследования влияния осцилляции электронного пучка при электронно-лучевой сварке на характер тока
несамостоятельного разряда в плазме
2.4. Методика анализа данных регистрации тока несамостоятельного разряда при электронно-лучевой сварке
с осцилляцией и модуляцией пучка
2.5. Методика исследования формирования вторично-эмиссионного сигнала при электронно-лучевой сварке
со сквозным проплавлением
Выводы
3. МЕХАНИЗМ ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ
3.1. Исследование влияния модуляции электронного луча на формирование сварного шва и на характер тока
несамостоятельного разряда в плазме
3.1.1. Исследование влияния модуляции электронного луча
на формирование сварного шва
3.1.2. Физическая модель процессов в канале проплавления
3.1.3. Особенности вторично-эмиссионных процессов
при ЭЛС с модуляцией тока пучка
3.2. Исследование формирования вторично-эмиссионного сигнала
при электроннолучевой сварке с осцилляцией электронного пучка
3.2.1. Исследование параметров тока несамостоятельного разряда при электронно-лучевой сварке
с осцилляцией электронного пучка
3.2.2. Особенности выбора тока фокусировки при электронно-лучевой сварке с осцилляцией электронного пучка
3.3. Особенности формирования вторично-эмиссионного сигнала
при электронно-лучевой сварке со сквозным проплавлением
Выводы
4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ С ОСЦИЛЛЯЦИЕЙ ЭЛЕКТРОННОГО ЛУЧА И МОДУЛЯЦИЕЙ ЕГО МОЩНОСТИ
4.1 Метод адаптивного управления положением фокуса пучка
при электронно-лучевой сварке
4.2 Методы контроля и управления формированием шва
при электронно-лучевой сварке со сквозным проплавлением
4.3 Компьютерная информационно-измерительная управляющая система контроля и регулирования
процессов электронно-лучевой сварки
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Электронно-лучевая сварка с глубоким проплавлением, обладая рядом технологических преимуществ перед другими видами сварки, находит все более широкое применение в промышленности.
В то же время существует ряд факторов, сдерживающих дальнейшее расширение сферы применения электронно-лучевой обработки и повышение качества сварных соединений. Наиболее существенным из них является недостаточная воспроизводимость термических параметров обработки, имеющая место, несмотря на стабилизацию всех электрических характеристик питающих устройств электронно-лучевых агрегатов. В значительной мере это связано с тем, что при эксплуатации электронно-лучевых установок не удается воспроизводить режим фокусировки электронного пучка, поскольку фокусировка пучка связана с параметрами электронно-оптической системы пушки, которые могут неконтролируемо изменяться со временем, например, из-за выработки катодного узла пушки.
В связи с этим проблема разработки бездефектных технологий электроннолучевой сварки (ЭЛС), в первую очередь, требует решения вопросов, связанных с управлением процесса взаимодействия электронного пучка с металлом для обеспечения воспроизводимости термических параметров обработки. Управление процессом ЭЛС может быть осуществлено при реализации оперативного контроля параметров взаимодействия электронного пучка с металлом. Наиболее перспективными показали себя вторично-эмиссионные методы, связанные с регистрацией вторично-электронного тока в плазме, образующейся над зоной ЭЛС. Параметры этого вторичного тока, в частности амплитуда составляющих спектра его колебаний, содержат информацию об интенсивности термического воздействия электронного пучка на свариваемый металл, и широко применяются для контроля фокусировки электронного пучка. Однако стохастический характер колебаний вторичного тока в плазме при ЭЛС с глубоким проплавлением снижает точность контроля фокусировки электронного пучка.
Существенным фактором, сдерживающим развитие методов оперативного контроля ЭЛС, является отсутствие достоверных моделей формирования канала проплавления и процессов, происходящих в нем.
Параметры тока несамостоятельного разряда в плазме тесно связаны с процессами в канале проплавления. Это открывает возможности изучения фи-

стрируемого в цепи коллектора, установленного над зоной обработки. Колебания луча осуществлялись как вдоль, так и поперек шва или одновременно в обоих направлениях по пилообразной траектории. Частота осцилляции изменялась от 20 до 600 Гц. Кроме того осуществлялась круговая развертка с частотой 1100 Гц. Осциллограммы тока ионов при электронно-лучевой сварке с осцилляцией пучка принимают упорядоченный характер, и частоты импульсов ионного тока соответствуют частотам осцилляции.
Выводы
1. На протяжении многих лет ведутся интенсивные экспериментальные и теоретические исследования процессов, сопутствующих электронно-лучевой сварке с глубоким проплавлением. Установлено, что в жидком металле вокруг электронного пучка образуется канал проплавления. Предложено большое количество моделей, описывающих явления, происходящие в канале. Во всех работах указывается стохастический характер и сложность этих процессов, а также большое количество факторов, влияющих на их протекание. Отмечается необходимость более детального изучения явлений, сопровождающих электронно-лучевую сварку с глубоким проплавлением.
2. Исследование процессов, имеющих место в канале проплавления, возможно посредством изучения параметров вторичных излучений, сопутствующих электронно-лучевой обработке: инфракрасного и рентгеновского излучений, а также токов заряженных частиц, покидающих зону обработки.
3. Существует ряд факторов, сдерживающих расширение сферы применения электронно-лучевой обработки и повышение качества сварных соединений. Наиболее существенным из них является недостаточная воспроизводимость термических параметров обработки, имеющая место, несмотря на стабилизацию всех электрических характеристик питающих устройств электроннолучевых агрегатов. В значительной мере это связано с тем, что при эксплуатации электронно-лучевых установок не удается воспроизводить режим фокусировки электронного пучка, поскольку фокусировка пучка связана с параметрами электронно-оптической системы пушки, которые могут неконтролируемо изменяться со временем, например, из-за выработки катодного узла пушки.