Вы здесь

Зменшення нерівномірності глибини проплавлення шляхом вибору оптимальних параметрів режимів електронно-променевого зварювання

Автор: 
Стативка Юрій Іванович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
3404U001068
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Розділ 2
Методи та загальна методика дослідження
Загальна методика дослідження полягає в експериментальному вивченні процесу
коливань глибини проплавлення, його ідентифікації та теоретичному дослідженні
шляхом математичного моделювання з наступним порівнянням експериментальних та
теоретичних результатів [54-58].
Для ідентифікації процесу коливань глибини проплавлення та дослідження впливу
параметрів режимів електронно-променевого зварювання на стабільність глибини
проплавлення було проведено експериментальні дослідження. Зварювання виконували
відомим, див. наприклад [7], методом змінної робочої дистанції при дослідженні
залежності коливань глибини проплавлення від заглиблення мінімального перерізу
електронного пучка. Дослідження залежності стабільності шва від частоти
зовнішнього впливу на зварювальну ванну виконували методом подовжніх коливань
електронного пучка.
Процес коливань глибини проплавлення теоретично досліджували як феномен та як
об’єкт математичного моделювання, що дозволило побудувати загальну схему
математичного моделювання нестабільності зварного шва. Було обґрунтовано
застосовність імовірнісного підходу до представлення процесу коливань глибини
проплавлення.
2.1. Модель формування кореня зварного шва
На рис.2.1 наведено схему формування зварного шва при проплавленні конічним
пучком та прийняті позначення. Геометричні масштаби не витримані для більшої
наочності. При опроміненні металу технологічним електронним пучком утворюється
ванна розплаву (1) з парогазовим каналом (2), див.рис. 2.1 а). Товщина розплаву
на передній стінці зварювальної ванни значно менша, ніж на задній. Електронний
пучок (3) має конічну форму з мінімальним радіусом , заглиблення якого – ,
див.рис. 2.1 б). Електронний пучок рухається зі швидкістю відносно зварюваного
металу. Радіус електронного пучка позначено як , радіус ідеального пучка на тій
же глибині – . Кут сходження пучка визначається з співвідношення , де -
заглиблення точки сходження ідеального конічного електронного пучка відносно
зображення кросовера.
а)б)
Рис.2.1. Схеми: а - формування кореня зварного шва; б - електронного пучка
Електронний пучок опромінює переважно передню стінку та кореневу частину
парогазового каналу. На поверхні парогазового каналу утворюються хвильові та
крапле-хвильові утворення різного просторового та часового масштабу, які є
причиною екранування електронного пучка та затікання каналу розплавом на деякій
глибині. Екранування збуреними ділянками розплаву дії електронного пучка є
причиною нерегулярних коливань глибини проплавлення в діапазоні від до .
Поточна глибина проплавлення позначена як .
Основні відомі властивості процесу пульсацій глибини проплавлення подамо у
вигляді таблиці для зручності посилання.
Таблиця 2.1
Властивість
Характер протікання численних причинно зв’язаних процесів оцінюється як
складний та нерегулярний.
Змінність у часі спостережуваних фізичних величин при стабільних параметрах
технологічного процесу має, загалом, випадковий характер.
Для вільної поверхні пародинамічного каналу характерні збурення, зумовлені
нестійкістю геометричної форми розплаву, нестійкістю режимів течії та
неоднорідними фізичними умовами в процесі глибокого проплавлення.
Збурення поверхні пародинамічного каналу екранують електронний промінь.
Збурення поверхні пародинамічного каналу можуть призвести до руйнації каналу
(затікання, заповнення розплавом) на деякій глибині.
Екранування електронного пучка збуреннями розплаву є основною причиною
пульсацій глибини проплавлення.
Області максимального нагріву поверхні парогазового каналу нерівномірно
переміщуються вздовж каналу.
Глибина проплавлення, висота профілю валика шва, інтенсивність акустичної та
радіаційної емісії є величинами статистично залежними.
Швидкість проростання каналу швидко виходить на постійне значення.
Продовження табл. 2.1
Властивість
10
Нестабільність зварного шва збільшується при:
10.1
збільшенні глибини проплавлення;
10.2
зменшенні радіуса розгортки електронного пучка;
10.3
зменшенні радіуса електронного пучка;
10.4
заглибленні мінімального перерізу пучка ближче до кореня зварного шва;
10.5
зменшенні кута сходження електронного пучка;
10.6
збільшенні товщини розплаву на передній стінці зварювальної ванни;
10.7
збільшенні капілярної сталої розплаву;
10.8
збільшенні масштабу крапле-хвильових екрануючих утворень.
11
На одиниці площі передньої стінки зварювальної ванни розсіюється, в середньому,
постійна потужність.
12
Форма передньої стінки зварювальної ванни лишається незмінною на всій глибині,
за винятком білякореневої частини.
13
Збільшення глибини проплавлення призводить до розширення спектру коливань
спостережуваних фізичних величин.
14
Наявність та параметри пульсацій глибини проплавлення залежать від параметрів
процесу зварювання та зовнішнього впливу на ванну розплаву.
15
Використання зовнішнього періодичного впливу на зварювальну ванну може
збільшити, або зменшити амплітуду коливань глибини проплавлення залежно від
параметрів зовнішнього впливу.
2.2. Методика експериментального дослідження коливань глибини проплавлення
Основними енергетичними параметрами пучка, які визначають характер дії
електронного променя на оброблюваний метал, було прийнято прискорюючу напругу
Uп, силу струму пучка Іп та силу струму фокусуючої лінзи Іф. Враховувався
відомий вплив швидкості зварювання та робочої дистанції на погонну енергію та
густину потужності електронного пучка.
Геометричні параметри – мінімальний радіус R0, кут сходження g та положення
мінімального перерізу електронного пучка варіювали силою струму фокусування Іф,
з враху