Введение к работе
.дтулльноотъ работ». Исключительно важней) роль в любом производственном процессе играет технологически;! процесс, обеспечивающий высокое качество а свидание себестоимости выпускаемой продукции» Это касается и электронно-лучевой сварки (ЭЛС) цветных мотг.л-лов а их оаїшвов. Утот процесс, как т. остно, оолроноздаогся обильным испарением элементов свариваемого материала, которые осаздаотся на отенках вакумшіх камор, на свариваемом яздепи и прон. сают во внутреіший объем сварочной электронно-лучевой пунши (ЭЖ), вызывая электрические пробои и тем самым корповно дофокти в сварном совдиноіши, что в конечном атого приводит к повторним под-паркам и к повышению стоимости выпускаемой продукции.
Необходимо отметить, -что электронно-лучовыо установки (ЗЛУ) ;;аішш кшроков применение т разлитых лблаотях народного хозяйства. Несмотря на то, что электронно-лучевой нагрев производятся в условиях вакуума л для его создания требуется ет-диалышо вакуумные гасосы и камеры.
Защите ЭЛЛ от электрическ-ч пробоев во время сварочного процесса является одной из актуальных проблем современной элоктрогаш-пучэвой сварки цветных ыэгаллов я их сплавов.
Создание универсальной тохни—тиі. сварочного процосса, обес-іечизаищоЗ высокое качество сварного соединения, как в уоловиях зыоокого, так я в условиях промоауточного вануума, являотся такко >даои из актуальных научных проблем, как в нашей стране тик я за >убохом.
Решоиве проблемы получения качественного сварного ооодинония і условиях промежуточного (ниоі^го) вакуума позволит снизить о^'ОИ-юсть выпускаемой продукции в два, в три раза, с такко значительно :овыоат'производительность труда за очет уменьшения времени откач-:я оварочных камер и упрощенна вакуумных систем.
Однако до сих пор не разработана теорій управления низкотем-:ерагурноц плазмой, которая в изобилии образуется в условиях лро-іе уточного вакуума и оказывает существенное влияние на снипениа дельной мощности электронного пучка до значеній потерь 20 % от сходных данных, а в некоторых случаях эти потеря значительно вы-;е.
.Решение отих проблей позволит' расширить технологические 03-ожноотя ЗЛС и будет способствовать ее внедрению во многие произ-одотвенііИв процессы.
Поль роботы. Заключается в разработке теории и специальных средств формирования низкотемпературной плазмы я управлении парс газовыми потоками в процессе ЭЛС, обеспечивающих выоокое качесті сварного соединения, кок в условиях высокого, так я в условиях промежуточного вакуума.
Методы исследования. Экспериментальные иоолвдовання процесс ЛС алюминиевых и титановых сплавов производилась на плоских и кольцевых образцах толщиной от 5 до 80 мм при применении сварочных пушек КЗП-2І.1 и ЗЛА 60/60 о максимальним' ускоряющим напряжені ем 60 кВ. Качество формирования швов определялось изучением продольных и поперечных ыакрошдифов, ультрозвуковой дефектоскопией. Структурные исследования дроводиляоь о помощью оптического шкре скопа. Твердость различных участков соединения определялась на твердомера ШГ-3. Механические свойотва сварных ооединоняй и основного металла оценивались по данным испытаний на ударную вязкость и статическоо растяжение. Измерения температуры парового потока испаряющегося материала производились с помощью янфранрас ного пирометра "ИФ-ІОР". Фиксация взаимодействия электронного нучкэ с низкотемпературной плазмой производилась с помощью скоростной киносъемки о частотой 2500 кадров в секунду, а затем фотографирование*! с телевизионного экрана.
Научная новизна.
-
Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено неизвестное ранео-- поведение материальной среды в условиях вакуу» заключающиеся в том, что при вращении материальной среды вокруг мощного электронного пучка, материальная среда разделяете на ее основные элементарные составляющие, причем кавдая составляющая движется по своей траектории с равномерной плотностью элементарных частиц.
-
Впервыо в шровой практике ЗЛС осуществено торможение и формі рование низкотемпературной плазмы в объемно-пульсирующий сгу< ток с внутренним каналом для прохождения электронного пучка і щелевой р-чделке свариваемых деталей в условиях высокого я промежуточного вакуума.
-
Впервые в мировой практике ЭЛС теоретически обоснован и практически воплощен новый способ удержания низкотемпературной плазмы во взведенном состоянии в вакуумном объеме на протяно-ней всего сварочного процесса.
Практическая ценность работы. Ни основании разработанной теории управления парогазовыми потоками и низкотешературиой ллаз.чоіі, ооздоны специальный устройства занити тирмокатода сварочной элек-гронно-лучевоіі пушки, стопок вакуумных камер и изделия от продуктов испаряющегося материала во вролш ЭЛС, а также разработана новая конструкция диадд-зионного насоса для откачки внутреннего объ-ла сварочных пушок, которая по овоиа техническим характеристикам зравосхэдит многие зарубежные аналоги.
Разработанная теория позволяла создать технологии 3JiG,c по-лоідью специальных средств, сбеслечиващув высокое качество овар-юго ооедшюния, как в условиях, шсокого, так и в условиях промежуточного (низкого) вакуума. Разработаны но уровне .международных загчок и патентов изобретения, которые позволяли повысить ота-5идьность формирования сварного шва в условиях промежуточного вакуума .
Впервые в мировой практико. ЭЛС удалась осуществить сеизраци.
іспиряицегося материала на его составляющие элементы, что ггрод-
:тавляот огромный технический интерес для спэидэлиото» рзботаоця\
і облаоти получения чистых элементов, входящих в состав различных
>плавов. . " '
Теоретически обоснован и экспериментальна подтвержден новый іринциіі удержания во взвещонном состоянии в условиях вакуума [изкотемпоратурной плазмы, который может бить использован в пэи-:е плазмы.
Реализация пабот в промытленноети. Разработанная нг*чая тех-юлогия ЭЛС в высоком а ь промежуточном вакууш внедрена на юеьми промышленных предприятиях страны о годовым экономическим іфіекгом более пяти миллионов рублей. .,.. „iu;1, --.-:--.1^1 f./'
Апообащщ работы. Основные результаты диссертационной рабо-u докладывались на Всесоюзной конферонции "Современные проблемы ехнологии машшоогроения" (Москва, МВТУ им.Н.Э.Баумана, 1986), :а Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (їольяти, онтябрь, 1986^, на Межотраслевой научной конференции О.іоеква, 986), на Всесоюзной конференции "Современные проблеми тохнолэ-' ви иааигоотроеиия (ілосква «ЭТУ им ЛI. Э.Баумана, I9B8); но XI Все-оюзііоіі кон^реищш "ольіктронно-лічовая сварка в машиностроении", Николаев, 1989), на объединенной сессии научного и коордици-. -овного Оовети но сварко Академии на;'К Украинской ССР (Институт локтросварки іа.О.Штоиа, Хиэв, І9В9), на Всосеюзнм конференции
тяжелого машиностроения СССР (Москва, 1990), на заседании семяш ра ЛдИТП ("Научные доотвженш в сварке я пайки'5и кафе'дрН "Оборудс ванив и технология сварочного производства" (Санкт-Петербург, Государственный технический университет, ноябрь, 1990), на Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка в глашиностроонив" (Николаев, 1991).
Результаты работы демонстрировалась на международных ярмарках в Италии, в Гвриаыаи, в Голлэлдия, в Сингапуре, в Роесш: я і ВдВХ СССР, где были отмечены золотой медалью.
Публикации. По теме -диссертации опубликовано шестнадцать научных трудов, подучены две международные заявки и двенадцать авторских свидетельств.
Структура и ойъщщ работы. Диссертация ооотовт яз введения, девяти глав, выводов по каждой глввв, общих выводов по работе, основных итогов, рекомендаций. Робота содержит 238 страниц машинописного текста, 130 рисунков и 34 таблицы. Список вспользовэяэ ной литературы содержит 172 наименования.
На зашит? выносятся; Теория специальных средств формирован] низкотемпературное плазмы во взвешенном соотояяяя в условиях высокого и промежуточного (низкого) вакуума о принципиально новые конструкции уотройств управления парогазовыми потоками d процесі элекароино-лучевой сварки цветных металлов и их сшивов, в совокупности представляадих сварочный модуль, состоящий из сварочноі електронно-лучевой пуыкя, устройства защиты териюкатода от продуктов испаряющегося материала во время ЭЛС я малогабаритного к соковэкуумного нассоа, обеспечивающего высокий вакуум во вяутро. нем объеме- сварочной пушки.