Введение к работе
Актуальность проблемы. Физико- технологические особенности электронно-лучевой сварки (ЭЛС) определяют рациональность ее применения в условиях повышенных требований к свойствам и качеству сварных соединений и получения улучшенных весовых и эксплуатационных характеристик отдельных узлов и изделий в целом. В го же время, эти особенности характеризуют ЭЛС, как сложный процесс, являющийся результатом совместного действия множества факторов (тепло-массообмена, истечения паров, рассеяния и переотражения электронов луча и т. д.), определяющих в итоге, качество сварного шва.
Важным условием качественного формирования сварного шва является стабильность глубины проплавлення, которая в значительной степени определяется положением минимального сечения электронного луча (фокуса) в канале проплавлення. Положение фокуса оказывает существенное влияние на образование в сварном шзе дефектов. При этом, стабильность параметров режима ЭЛС (тока фокусировки, ускоряющего напряжения) не означает стабильности положения фокуса.
Одним из путей улучшения качества и воспроизводимости геометрических характеристик сварного шва является стабилизация глубины проплавлення и положения фокуса электронного луча по информационным сигналам, сопутствующим процессу ЭЛС (вторичная электронная эмиссия, приповерхностная плазма, электромагнитное излучение в радио-, СВЧ, рентгеновском диапазонах).
Анализ работ, касающихся сопутствующих излучений при ЭЛС и использования их для управления процессом формирования сварного шва свидетельствует о том, что при очевидной информационной насыщенности рентгеновского излучения из канала проплавлення, это явление мало изучено с точки зрения применения его для управления процессом ЭЛС.
Положительное влияние на качество сварного шва оказывает ЭЛС сканирующим лучом. При этом необходим выбор оптимальных траекторий перемещения луча и распределения энергии луча по траектории сканирования.
- г -
Сохраняющаяся потребность производства в обеспечении технологических комплексов ЭЛС надежными средствами управления и определения режимов оптимального формирования сварного шва, и связанный с этим поиск методов, расширяющих возможности контроля процесса определяют актуальность проблемы. Тем более, что уникальность многих конструкций, свариваемых электронным лучом, требует уникального, дорогостоящего оборудования, и вопросы обеспечения качества ЭЛС переходят в серьезные экономические проблемы,
Целью работы является повышение стабильности формирования и воспроизводимости геометрических характеристик сварного шва с применением устройств контроля и управления мощностью и плотностью мощности электронного луча по собственному рентгеновскому излучению из канала проплавлення.
Научная новизна работы состоит в следующем:
установлено, что рентгеновское излучение из канала проплавлення несет информацию о положении точки контакта электронного луча с материалом;
разработана математическая модель для определения глубины проплавления на основе измерения интенсивности проникающего рентгеновского излучения;
установлено, что для правильного вычисления глубины проплавления необходимо использовать максимальное за период измерения, значение интенсивности проникающего рентгеновского излучения;
разработана математическая модель интенсивности проникающего рентгеновского излучения, как источника сигнала с детерминированным спектром, составляющие которого несут информацию о глубине проплавления и уровне фокусировки электронного луча;
определены принципы построения и структуры устройств управления формированием сварного шва на основе измерения и обработки сигнала проникающего рентгеновского излучения в соответствии .с разработанными математическими моделями;
выявлена возможность получения аксонометрического изображения канала проплавления в спектре собственного рентгеново-
кого излучения;
- установлено положительное влияние на качество сварного
шва синхронизации фазы сканирования электронного луча с фазой
напряжения питающей сети и выбора частоты сканирования, крат
ной частоте питающей сети.
Практическая ценность заключается в разработке и внедрении:
схемо-технических решений устройств контроля и стабилизации глубины проплавлення и уровня фокусировки электронного луча на основе использования собственного рентгеновского излучения;
измерителя глубины проплавлення в составе автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), применяемой для разработки технологии ЭЛС новых изделий;
исследовательского образца устройства визуализации канала проплавлення в спектре собственного рентгеновского излучения;
блока функционального сканирования, реализующего способ синхронизации фазы и частоты сканирования с фазой и частотой питающей сети.
Реализация в промышленности. Разработанные устройства контроля и стабилизации глубины проплавлення и уровня фокусировки электронного луча, а также блок функционального сканирования внедрены в эксплуатацию при ЭЛС штатных узлов на ГП "Красмашзавод".
В составе АСНИ устройства используются для отработки технологии корпусных и агрегатных узлов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9 и 10.Всесоюзных конференциях "Электронно-лучевая сварка" (1-2 апреля 1986г., Москва, 22-24 ноября 1988г., С.-Петербург), краевой научно-технической конференции "Молодые ученые и студенты ускорению научно-технического прогресса" (1986г., Красноярск), на Первой производственно-технической конференции молодых специалистов (1986г., ГП "Красмашзавод", Красноярск), научных семинарах кафедры "Теория и технология сварки" С.-Петербургского ГТУ
(1988, 1995гг.), научно практических семинарах Красноярского научного центра и кафедры "Системы автоматического управления" Сибирской аэрокосмической академии (1988 - 1995 гг., Красноярск) .
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей, 2 научно-технических отчета, получено 11 авторских свидетельств и одно положительное решение по заявке на патент.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, Еключающего 114 наименований и приложения. Общий объем составляет 183 стр. сквозной нумерации, в том числе 76 иллюстраций и 3 таблицы.