UDK 621.791.722 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-2-266-273
ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА ДЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
С. О. Курашкин, Ю. Н. Серегин, А. В. Мурыгин, В. Е. Петренко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Распределение энергии электронного пучка путем использования различных траекторий сканирования влияет на формирование сварного шва, что связано с качеством сварного соединения. Экспериментальные исследования авторов статьи показали, что наилучшее качество сварных соединений дает сканирование электронного пучка в виде растровой формы; поэтому для процесса электронно-лучевой сварки предложены траектории классического растра и усеченного растра. При исследовании в этом направлении авторами обнаружена следующая закономерность: при увеличении амплитуды сканирования вдоль стыка парогазовый канал проплавления трансформируется в устойчивую полость, по передней стенке которой происходит плавление металла, а по боковым стенкам – его перенос в хвостовую часть сварочной ванны. Обнаруженный эффект образования полости проплавления необходимо исследовать при электронно-лучевой сварке различных материалов и толщин. Для этого должна быть создана аппаратура, реализующая сканирование в виде различных растров. Для повышения качества процесса электронно-лучевой сварки предложены траектории классического и усеченного растра поперек стыка. Для этих траекторий сканирования получены аналитические выражения и семейства расчетных характеристик плотности распределения энергии электронного пучка по пятну нагрева. Моделирование форм осцилляции электронного пучка в виде усеченного растра поперёк стыка даёт возможность получить двугорбое распределение энергии пучка на поверхности детали по пятну нагрева. Полученные характеристики позволяют более осмысленно подходить к оптимизации процесса электронно-лучевой сварки различных материалов.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, моделирование, технологические параметры, электронный пучок, оптимизация, распределение энергии.
References

1. Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-лучевой обработки
материалов. М. : Машиностроение. 1978. 239 с.
2. Собко С. А., Куликов В. А. Способ контроля электронно-лучевой сварки.
[Электронный ресурс]. URL: http://www.freepatent.ru/patents/2495737 (дата обращения:
13.05.2020).
3. Системы управления электронно-лучевых установок / A. B. Щербаков, Р. В. Родякина, В. В. Новочеркасов и др. М. : Юрайт. 2018. С. 114–130.
4. Акопьянц К. С., Нестеренко В. М. Электронно-лучевая сварка сталей толщиной до 600м с продольными колебаниями луча // Автоматическая сварка. 2002. № 9. С. 3–5.
5. Ohmine M., Hiramoto S., Jamane J. Fundamental study on the plused electron beam welding // Intern. Inst. of Welding; Doc. IV-348-83 – S. I. 1983. 13 p.
6. Беленький В. Я. Развертка электронного луча по х-образной траектории как средство уменьшения дефектов в корне шва при ЭЛС // Автоматическая сварка. 1986. № 9. С. 35–37.
7. Барышев М. С., Редчиц А. А. Оптимизация режимов сварки колеблющимся электронным лучом // Тез. докладов 4-й Всероcс. союз. конференции по сварке цветных металлов. 1990. 34 с.
8. Zenker R. Electron beam surface treatment and multipool welding – state of the art // Proceedings of the EBEAM 2002. International Conference on High-Power Electron Beam Technology. 2002. P. 12-1–12-5.
9. Шилов Г. А., Акопьянц К. C., Касаткин О. О. Влияние частоты и диаметра круговой развертки электронного луча на проплавление при ЭЛС // Автоматическая сварка. 1983. № 8. С. 25–28.
10. Предотвращение образования корневых дефектов при ЭЛС с несквозным проплавлением глубиной до 60мм / К. С. Акопьянц, А. В. Емченко-Рыбко, В. Ю. Непорохин и др. // Автоматическая сварка. 1989. № 4. С. 30–34.
11. Komiro Y., Punshon C. S., Gooch T. G., Blakaley P. S. Effects of process parameters on centerline solidification in EB weld // Metal Constr. 1986. No. 2. P. 104–111.
12. Прибор управления электронным пучком при сварке / А. М. Васильев, В. А. Гончаров, Б. Г. Кривков и др. // Судостроительная промышленность. Серия «Сварка». 1988. № 6. С. 11–12.
13. Mara C. l., Funk E. R., McMaster R. C., Pence P. E. Penetration mechanism of electron beam Welding and spiking phenomenon // Welding Journal. 1974. Vol. 53, No. 6. С. 246–251.
14. Béraud N., Vignat F., Villeneuve F., Dendievel R. New trajectories in Electron Beam Melting manufacturing to reduce curling effect // Proceedings of the 47th CIRP Conference on Manufacturing Systems. 2014. P. 738–743.
15. Экспериментальные исследования по оптимизации технологии электронно-лучевой сваркой алюминиевых сплавов / Ю. Н. Серегин, В. Д. Лаптенок, Н. В. Успенский и др. // Технологии и оборудование ЭЛС-2011. 2011. С. 71–80.
16. Seregin Yu. N., Laptenok V. D., Murygin A. V., Bocharov A. N. Experimental research on electron-beam welding technology with a scanning electron beam // 21st Int. Sci. Conf. Resetnev Readings-2017. 2019. Vol. 467. 8 p.
17. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М. : Высш. шк., 1999. 576 с.
18. Kurashkin S. O., Laptenok V. D., Murygin A. V., Seregin Yu. N. Analytical characteristics of the electron beam distribution density over the heated spot for optimizing the electron-beam welding process // Welding in Russia 2019: State-of-the-Art and Perspectives. 2019. Vol. 681. 7 p.
19. Курашкин С. О., Серегин Ю. Н., Тынченко В. С., Петренко В. Е., Мурыгин А. В. Программа для формирования траектории развертки электронного пучка в виде синусоиды при электронно-лучевой сварке. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020611327. Дата регистрации: 19 февраля 2020.


Курашкин Сергей Олегович – аспирант; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. Email: scorpion_ser@mail.ru.

Серегин Юрий Николаевич – кандидат технических наук, доцент кафедры ИУС; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. Email: ius_ceregin@mail.ru.

Мурыгин Александр Владимирович – доктор технических наук, заведующий кафедрой ИУС; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. Email: avm514@mail.ru.

Петренко Вячеслав Евгеньевич – аспирант, Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. Email: dpblra@inbox.ru.


  ОСОБЕННОСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА ДЛЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ