CC BY
0
Секция «Сварка летательных аппарате)]? и родственные технологии»
УДК 621.791.722
КОНТРОЛЬ ГЛУБИНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКЕ
Р. Ю. Спиридонов*, М.И. Черненко Научный руководитель - В. Я. Браверман
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, пр. имени газеты «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: romaspiridonov@mail.ru
Рассмотрены способы контроля глубины контроля глубины проплавления при электронно-лучевой сварки.
Ключевые слова: стабилизация глубины проплавления, рентгеновское излучение, ЭЛС. PENETRATION DEPTH CONTROL IN ELECTRON BEAM WELDING
R. U. Spiridonov*, M. I. Chernenko Scientific Supervisor - V. Ya. Braverman
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: romaspiridonov@mail.ru
Methods for controlling the depth of controlling the depth of penetration in electron-beam welding are considered.
Keywords: penetration depth stabilization, x-rays, EBW.
В современной аэрокосмической промышленности передовым способом создания неразъемного соединения является электронно-лучевая сварка. По причине того, что по сравнению с обычными способами сварки, используемыми при изготовлении сварных изделий, ЭЛС имеет ряд преимуществ: отношение ширины шва к глубине провара может достигать (1:50), простота управления вводом энергии в металл, не большая зона термического влияния, отсутствие присадочного, отсутствие активных газов, за счет создания высокого вакуума. При изготовлении ряда узлов аэрокосмической техники применяются сварные швы, полученные ЭЛС с полным проплавлением обрабатываемого металла. Такие швы исключают появление многих дефектов, обеспечивая равнопрочность металла и практически исключая концентраторы напряжения, обеспечивают более высокие прочностные характеристики сварных соединений и поэтому представляют наибольший практический интерес. При традиционных способах сварки с полным проплавлением основной проблемой является, неоднородность сварного шва из-за наличия присадочных материалов, широкая зона термического влияния. Зачастую отсутствует воспроизводимость качества сворного соединения в ряде опытов. Существует некая нестабильность проплавления металла электронным лучом. Это объясняется тем, что взаимодействие пучка электронов с металлом в твердой и жидкой фазе носит стохастический характер. Нестабильность приводит к появлению таких специфических дефектов как превышение выпкулости корня шва и непроплавление, что приводит к ухудшению качества сварного соединения. Существует несколько способов контроля проплава в ЭЛС. Один из них это стабилизация глубины известен способ регулирования процесса ЭЛС (авт.св. СССР N
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
1133781, кл. В 23 К 15/00), при котором глубину проплавления поддерживают постоянной по минимальной мощности излучения плазменного факела из зоны сварки. Минимальное значение мощности обеспечивают, устанавливая нулевое значение производной мощности излучения плазменного факела путем регулирования тока электронного луча [1].
К недостаткам данного метода относят использование косвенного критерия - производной мощности излучения плазменного факела для стабилизации глубины проплавления, сопутствующей процессу ЭЛС, необходимы дополнительные действия для определения и установки нулевого значения производной. Для дополнительных действий требуются дополнительные аппаратные средства для реализации способа.
Также, мощность излучения плазменного факела измеряют по таким параметрам, как проводимость, потенциал, интенсивность высокочастотного или светового излучения, зависящим от плотности плазмы, которая в свою очередь определяется плотностью ионизирующего воздействия. Присущие черты для ЭЛС паро- и гидродинамические процессы в канале проплавления приводят к нестабильности названных параметров и снижают точность измерения мощности излучения плазменного факела, а следовательно, и точность стабилизации глубины проплавления. Другим способом контроля электроннолучевой сварки является, при котором регистрируют рентгеновское излучение со стороны, противоположной вводу электронного луча, но в стороне от плоскости свариваемого стыка перпендикулярно к оси электронного луча по поверхности свариваемых изделий и за их пределами из подкладки либо из вытекающего из зазора стыка расплавленного металла. Отрицательной чертой этого способа является использование двух датчиков рентгеновского излучения, а также ограничения, связанные с сложностями установки датчиков и измерения рентгеновского излучения в стороне от плоскости свариваемого стыка перпендикулярно к оси электронного луча по поверхности свариваемых изделий и за их пределами при наличии околошовных конструкционных элементов и значительных габаритных свариваемых изделий, а также при ЭЛС с локальным вакуумированием (когда, например, свариваются элементы оболочковых конструкций с длиной свариваемых деталей до 10 м, датчики рентгеновского излучения 8 и 81 в прототипе должны располагаться на таком же расстоянии от плоскости стыка).
Возможность регистрации моментов сквозного проплавления не всегда оказывается необходимой, особенно при ЭЛС на завершающих этапах сборки изделия, когда сквозное проплавление вообще недопустимо.
Другим недостатком является невозможность определения по интенсивности рентгеновского излучения положения плоскости острой фокусировки и величины и направления ее перемещения вдоль оси пучка при возмущающих и управляющих воздействиях. Данный способ контроля проплава затруднительный в масштабах серийного производства [2].
На сегодняшний день наиболее простым и доступным методом контроля проплавления является использование коллектора проникающих электронов, который расположен с внутренней стороны шва. Принцип действия такой системы заключается в контроле тока коллектора, вызванного сквозным током электронов проходящих через расплавленный металл. Оператор должен регулировать ток луча таким образом, чтобы ток коллектора варьировался с пределах от 2 до 3 мА. Проблема заключается в том, что ток коллектора носит импульсный характер, что значительно затрудняет работу оператора и увеличивает риск появления брака и всевозможных дефектов. Именно поэтому возникает необходимость создания автоматизированной системы стабилизации проплава ЭЛС. В ходе опытных экспериментов было установлено, что при подаче на коллектор дополнительного положительного напряжения чувствительность датчика возрастает. Иными словами, при повышении потенциала коллектора коллекторный ток возникает еще до момента появления сквозного проплавления. В процессе сварки при непроплавении часть электронов способна
Секция «Саарка летательных аппаратов и родственные технологии»
проникать сквозь металл и притягиваться к коллектору с положительным потенциалом, что и приводит к возникновению коллекторного тока, который мы можем измерять и регулировать с помощью управления током луча. Для создания системы стабилизации проплава необходимо подать сигнал, полученный с датчика тока коллектора на вход системы управления током луча интегральному закону. А так же в эту систему включить элементы ввода и вывода луча и уставку значения проплава. В зависимости от величины уставки проплава система автоматически регулирует ток луча, сравнивая значение уставки со значением интегрированного тока коллектора в данный момент времени. Однако на данном этапе такой подход к проблеме требует дальнейших исследований [3].
Библиографические ссылки
1. Серегин Ю. Н. Исследование и создание устройств контроля и управления при электроннолучевой. Дис. ... канд. техн. наук, 1997.
2. Лаптенок В. Д., Мурыгин А. В., Серегин Ю. Н., Браверман В. Я. Управление электронно-лучевой сваркой. Сиб. аэрокосмич. акад. Красноярск, 2000.
3. Патон Е. О., Корниенко А. Н. Огонь сшивает металл. М. : Электронно-лучевая сварка, 1988. 4. Пат. Великобритании Способ и устройство для контроля глубины проплавления при электроннолучевой сварке / Б. Е. Патон и др. № 1453526. Опубл. 27.10.76
© Спиридонов Р. Ю., Черненко М.И., 2022
