Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK УДК 621.791.722 Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-2-296-304
Моделирование режима электронно-лучевой сварки тонкостенной конструкции из сплава АД31
Курашкин С. О., Серегин Ю. Н., Тынченко В. С., Мурыгин А. В., Котельникова С. В.
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский Рабочий», 31
В статье содержатся результаты, полученные авторами при исследовании возможности применения электронно-лучевой сварки (ЭЛС) для тонкостенных конструкций из алюминиевого сплава АД31. Сегодня ЭЛС подобных конструкций не используется вследствие отсутствия технологии. В настоящее время на производстве используются другие технологии соединения подобных конструкций, однако они имеют высокую себестоимость, причина которой объясняется высоким процентом брака. Предложенный авторами способ применения ЭЛС позволит существенно повысить качество соединения в тонкостенных конструкциях и воспроизводимость технологического режима сварки изделий. Авторы разработали технологическое решение представленной задачи, опираясь на многолетний опыт по использованию моделей тепловых процессов, сопровождаемых при электронно-лучевой сварке. В качестве предмета исследования предложено моделирование параметров электронно-лучевой сварки тонкостенных труб для волноводных трактов, изготавливаемых из алюминиевого сплава АД31. В статье приведены результаты математического моделирования технологических параметров при нагреве алюминиевого сплава источниками энергии, эквивалентными электронному пучку при ЭЛС. Анализ и оценка результатов моделирования проводилась с применением критерия оптимальности, разработанного авторами. В основе расчетов, выполненных авторами, применен функционал, использующий математические модели нагрева металла комплексным источником тепла, состоящим из подвижных мгновенных точечных и линейного источников энергии. В статье приведены результаты расчетов для пластины толщиной 0,12 см, которая соответствует опытным образцам, применяемых при изготовлении волноводных трак-тов. В результате путем изменения таких значений, как: ток пучка и скорость сварки, было получено распределение температуры на поверхности изделия в процессе ЭЛС, что показало, применимость моделирования для отработки нового технологического процесса.
Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, моделирование, технологические параметры, про-грамма, оптимизация, распределение энергии.
References

1.   Hosseinib S. A., Abdollah-Zadeh A., Naffakh-Moosavy H., Mehri A. Elimination of hot cracking in the electron beam welding of AA2024-T351 by controlling the welding speed and heat input //Journal of Manufacturing Processes. 2019. Vol. 46. P. 147–158.

2.   Starkov I. N., Rozhkov K. A., Olshanskaya T. V., Zubko I. A. Expansion of technological capabilities of the electron beam welding installation // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2021. Vol. 2077, No. 1. P. 012021.

3.   Kornilov S. Y., Rempe N. G. Formation and focusing of electron beams in an electron-optical system with a plasma emitter in a magnetic field // Technical Physics Journal. 2012. Vol. 82, No. 3. P. 7984.

4.   Tyunkov A. V., Burdovitsin V. A., Oks E. M., Yushkov Yu. G. An experimental test-stand for investigation of electron-beam synthesis of dielectric coatings in medium vacuum pressure range // Vacuum. 2019. Vol. 163. P. 31–36.

5.   Oltean S. E. Strategies for monitoring and control with seam tracking in electron beam welding // Procedia Manufacturing. 2018. Vol. 22. P. 605–612.

6.   Dávid L., György K., Galaczi L. A. Survey of optimal Control and model prediCtive Control with State eStimation and a real time appliCation // Műszaki Tudományos Közlemények. 2020. Vol. 13, No. 1. P. 19–30.

7.   Zhang Q., Liu J., Bai L., Feng L., Guo Z. Numerical simulation on electron beam welding of titanium alloy based on ANSYS // Electric Welding Machine. 2015. Vol. 11. P. 1–10.

8.   Kurashkin S., Rogova D., Tynchenko V., Petrenko V., Milov A. Modeling of Product Heating at the Stage of Beam Input in the Process of Electron Beam Welding Using the COMSOL Multiphysics System // Proceedings of the Computational Methods in Systems and Software. Springer, Cham. 2020. P. 905–912.

9.   Tynchenko V. S., Kurashkin S. O., Murygin A. V., Tynchenko Y. A. Energy distribution modelling in the weld zone for various electron beam current values in COMSOL Multiphysics // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2021. Vol. 1889, No. 4. P. 042058.

10.  Kurashkin S. O., Seregin Y. N., Tynchenko V. S., Petrenko V. E., Murygin A. V. Mathe-
matical functional for thermal distribution calculating during the electron-beam welding process // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2020. Vol. 1515, No. 5. P. 052049.

11.  Коновалов А. В. Теория сварочных процессов.  М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2007. 752 с.

12.  Гильмутдинов Р. З. Аналитическое описание поверхностей методом суперпозиции // Наука сегодня: теоретические и практические аспекты. 2015. С. 132–138.

13.  Отаров А., Утепбергенова Г., Артыкбаев М. Решение линейных краевых задач для обыкновенных дифференциальных уравнений методом суперпозиции // Вестник каракалпакского государственного университета имени бердаха. 2017. Т. 35. №. 4. С. 3–6.

14.  Дельнов В. Н., Левченко Ю. Д., Шепелев С. Ф. Метод суперпозиции при моделировании температурного поля в теплообменных устройствах полем концентраций трассера // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2009. №. 3. С. 152–160.

15.  Kaniyazov S. K., Muratov A. S. Research of complex differential conductivity of multi-layer heterostructures // Radioelectronics and Communications Systems. 2011. Vol. 54, No. 11. P. 619–624.

 


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

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

Тынченко Вадим Сергеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры информационно-управляющих систем; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика
М. Ф. Решетнева. E-mail: vadimond@mail.ru.

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

Котельникова Светлана Владимировна – доцент кафедры информационно-управляющих систем;
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: sv_kot@mail.ru.


  Моделирование режима электронно-лучевой сварки тонкостенной конструкции из сплава АД31