автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка теории и специальных средств формирования низкотемпературной плазмы и управления парогазовыми потоками в процессе электронно-лучевой сварки

САШЧЬТЙРБУРГСМЙ ГОСУДУСТВдЕШ! ЩТВДйСКЙ УШШРСИТьТ

На правах рукоииси

Р Г Б ОД

- О ОИТ

ТОКАРЕВ Владимир Оыарович

РАЗРАБОТКА КЮРИЙ И СГЫИАЖШХ СРхДОГВ «Ш1Г0ВА1Ш ШЗШ'ЕШРАШШЙ. 1ШАЗ& И УПРАЫ1&Ш ПАРОГАЭОЙШ ПОТОКА.'^! В ПРОЦгЙСЕ аЛМДШГО-ЛУЧШЭЛ СВАРИ

Слециульность 05.03.06 - Технология и машины

сварочного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискании ученой стопаня доктора технических наук

Синкт-Иетербург - 1994

Работа выполнена в Московском Государственно.; Предприятии

•чшо танаш".

официальные оппоненты:

--доктор теншчееккх наук, профессор = • Сцздалез;

- доктор технических казк, профессор Л.Н. Розанов!

- доктор теиичесхи назк, с>в>с>

¡вдуцёе зредсрямтяе- 2130 "ХШВЗЗГ'

Защита состоится "су-' ОРКиирл 1994 г. но Оседании споциализировспиого сойота дУОбЗ.38/17 Саикт-Петерб>ргского технического университета по адресу: 195251, г.Санкт-Петербург, Политехническая ул. 29, химхорпуе вуц. 52.

С-циссертзциоД модно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Отзывы на автореферат, з '"эренаие печатью, просим еысл8"-:> а двух экземплярах по нижеуказанному зт;ресу на имя ученого секретаря специализированного совете.

Автореферат разослан "_" __1394 г.

Ученый секрет рь специализированного совеаа Д.053.3.17

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

дтуальноотъ работ». Исключительно пажн^»1 роль в любом производственном процессе играет технологически;! процосс, обеспечивающий высокое качество а снижение себестоимости выпускаемой продукции* Это касастся и электронно-лучевой сворке (ЭДС) цветных металлов а ях сллдбов. Этот процосс, как ш осхно, сопроноадются обильным испарением элементов свариваемого материала, которые осаздаются на отенках вакуших камор, на свариваемом вздвпи и прой. сают во игутрешшй объем сварочной электронно-лучевой иупши (ЭЛП), вызывая элоктричоские пробои и тем самым корневно дефекты и сварном соединении, что в конечном итого приводит к повторным под-паркам и к повышению стоимости выпусизвмой продукции.

Иэобходямо отмотать, что электронно-лучевно установки (ЗЛУ) ;;а!шш ишроков применение т разлитых лблаатях народного хозяйства. Несмотря на то, что электронно-лучевой нагрев производится в условиях вакуума л для его создания требуется специальные вакуумные •гасосы и камеры.

Занято ЭЛЛ от электрическ-х пробоев во время сварочного процесса является одной из актуальных проблем современной элоктрбгаш-пучэвой сварки цветных ыэгаллов я их сплавов.

Создание универсальной тохни—тиь сварочного процесса, обес-гечиваищоЗ высокое качество сварного соединения, как п условиях зыоокого, так я в условиях промежуточного ванууаа, являотся такко >даой из актуальных научных проблем, как в нашей стране так и за ¡убехоы.

Решоиие проблемы получения качественного сварного соодинония I условиях промежуточного (низь-.го) вакуума позволит снизить о^ои-гасть выпускаемой продукции в два, в три раза, с такко значительно говыоит' производительность труда за очэт уменьшения времени откач-:я оварочных камер л упрощения вакуумных систем.

Однако до сих пор не разработана теорш управления низкотем-:ературноц плазмоа, которая в изобилии образуется в условиях про-[е уточного вакуума и оказывает существенное влияние на снижение дельной мощности электронного пучка до значен^ потерь 20 % от сходных данных, а в некоторых случаях эти потеря значительно вы-;е.

.Решение отих проблей позволит' расширить технологические воз-ожноотя ЗЛС и будет способствовать ее внедрении во многие произ-одотвен^ыэ процессы.

Поль роботы. Заключается в разработке теории и специальных средств формирования низкотемпературной плазмы я управлении парс газовыми потоками в процессе ЭДС, обеспечивающих выоокое качеси сварного соединения, кок б условиях высокого, так я в условиях промежуточного вакуума.

.Мотоди исследования. Экспериментальные иоолвдовання процесс сЛС а лшяние внх и титановых сплавов производились на плоских и кольцевых образцах толщиной от 5 до 80 мм при применении сварочных пушек КЗД-2М и ЗЛА 60/60 о максимальным'уокоряпцям напряжет ем 60 кВ. Качество формирования швов определялось изучением продольных и поперечных ыакрошляфов, ультрозвуковой дефектоскопией. Структурные исследования лроводвлиоь о помощью оптического шкр( скопа. Твердость различных участков соединения определялась на твердомера ЮГГ-3. Механические свойотва сварных соединений и ос новного металла оцонивзлиоь по данным испытаний на ударную вязкость и статическое растяжение, Измерония температуры парового потока испаряющегося материала производились с помощью инфракрас ного пирометра "ИФ-ЮР". Фиксация взаимодействия электронного цучкэ с низкотемпературной плазмой производилась с помощью скоростной киносъемки о частотой 2500 кадров в секунду, а затем фотографированием с телевизионного экрана.

Научная новизна.

1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено неизвестное ранее: поведение материальной среды в условиях вакуу« заключающееся в том, что при вращении материальной среды вокруг мощного электронного пучка, /материальная среда разделяете на ее основные элементарные составляющие, причем кшэдая составляющая движется по своой траектории с равномерной плотностью элементарных частиц.

2. Впервыа в мировой практике ЗЛО осуществено торможение и форм] рование низкотемпературной плазмы в объемно-пульсирующий сгу< ток с внутренним каналом дяя прохождения электронного пучка 1 щелевой р-чделке свариваемых деталей в условиях высокого и промежуточного вакуум.

3. Впервые в мировой практике ЭЛС теоретически обоснован и практически воплощен новый способ удержания низкотемпературной плазмы во взведенном состоянии в вакуумном объеме на протяжении всего сварочного процесса.

Практическая ценность роботы. Ни основании разработанной теория управления парогазовыми потоки ли и низкотемпературной плазмой, созданы специальные устройство защиты тириокатода сварочной элек-гронно-лучевой пушки, стопок вакуумных камер я изделия от продуктов испаряющегося материала во время ЭлС, а также разработана новая конструкция диффузионного насоса для откачки внутреннего объ-■ла сварочных пушок, которая по обоим техническим характеристикам зравосходит многие зарубежные аналоги.

Разработанная теория-позволил«* создать технологии ЗДС,о ио-лоцью специальных средств, сбеслечиващуо высокое качество овар-¡ого соединения, как в условиях, высокого, так и в условиях ыроме-куточного (низкого) вакуума. Разроботаны но уровне международных »аг'зок и патентов изобротеная, которые позволяли повысить ота-5ильность формирования сварного шва в условиях промежуточного ва-«уума.

Впервые в мирово 11 практике. ЭЛС удалось осуществить сеиараща, юпиряицегося материала на его составляющие элементы, что ггрод-:таэляот огромный технический интерес душ спэциэлисто» работа ¡аця\ з области получения чистых элементов, входящих в состав различных >плавов. '

Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден новый [ринции удержания во взвещенном состоянии в условиях вакууыа [изкотемпературной плазмы, который может бить использован в £пэи-:в плазмы,-

Реализация пабот в промышленности. Разработанная ночая тех-гология ЭЛС в высоком а в промежуточном вакууме внедрена на юсьми промышленных предприятиях страны с годовым экономическим эффектом более пяти миллионов рублей. „ьц;1„ --.^.г^ г-/'

• Апгюбащш работы. Основные результаты диссертационной рабо-ы докладывались на Всесоюзной конференции "Современные проблемы ■ехнология маьашоогроения" (Москва, МВТУ им.Н.Э.Баумана, 1986), :а Всесоюзной конференции по сварке цветных металлов (Тольяти, ■ентябрь, 196611, на ¡Лежотрасг^вой научной конференции ОЛоскБа, 986), на Всесоюзной конференции "Современные проблемы тохноло-' ни .".шаигостроеиия (Глосква «¡ВТУ им .Н.Э. Баумана, 1988), на XI Все-оюзнои конференции "олектронно-луч-овая сварка в машиностроении", Николаев, 1989), на объединенной сессии научного и коордици-.-онного Оовета но сварко Академии наук Украинской ССР (Институт локтросаарки ¡а.О.Штоиа, Киэв, 19В9), на Всесоюзной конференции

тяжелого машиностроения СССР (Москва, 1990), на заседании сомине ра ЩЩТП ("Научные достижения в сварке и пайки'5и кафедрН "Оборудо ванне и технология сварочного производила" (Санкт-Петербург, Государственный технический университет, ноябрь, 1990), на Всесоюзной конференции "Электронно-лучевая сварка в машиностроении*1 (Николаев, 1991).

Результаты работы демонстрировались на международных ярмарках в Италии, в Германии, в Голландия, в Сингапуре, в Росс не я I вжх СССР, где были отмечены золотой медалью.

Публикации. По теме -диссертации опубликовано шестнадцать научных трудов, подучены две международные заявки и двенадцать авторских свидетельств.

Структура /I объем работы. Диссертация ооотоят из введения, девяти глав, выводов по каждой главе, общих выводов по работе, основных итогов, рекомендаций. Работа содержит 238 страниц машинописного текста, 130 рисунков и 34 таблицы. Список вспользовэяэ лой литературы содержит 172 наименования.

На зашит? выносятся; Теория специальных средств формирован! ниэкотешерзтурноЯ плазмы во взвешенном соотояляя в условиях высокого и промежуточного (низкого) вакуума о принципиально новый конструкции уотройств управления парогазовыми потоками и процесс электронно-лучевой сварки цветных металлов и их сшивов, в совокупности представляадих сварочный да дуль, состоящий из сварочно] влектронко-лучевой пуыкя, устройства защиты териокатода от продуктов испаряицегооя материала во время ЭЛС я малогабаритного в соковакуумного насооа, обеспечивгпцого высокий вакуум во внутро нем объеме- сварочной пушки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Глава цорвая посвящена' обзору состояния оборудования, применяемого при сварке металлов и их сплавов в условиях вакууа Рассматривав лея эвергоцеханичэсанй комплекс, который состоит из герметичного вакуумного объема, устройства для монтажа и перьме щения свариваемого изделия, сварочной электронно-лучевой пуаки, источника питания и откачкых средств. В состав комплекса таксе входят сварочные манипуляторы, системы наблюдения, мехоиизгш пс дачи присадочного материала, вспомогательные устройства у, .\iuxai мы, в также системы управления элоктрэоборудоваквем. Откачаете/

что-во зромя сварочного процесса, особенно при сварка алюминия а его сплавов,' происходит обильное пспаронио овариваомого материала который осаждается на стенках сварочной камеры, на поверхности ввариваемого изделия, о также проникает зо внутренний объом сварочной электронно-лучевой пушки, вызывая электрические пробоя.

Отмечается, что имеетоя в этой области сварки научно-технический задел, в разработке которого принимали учаотио отечественные ученые, такие как В.В.Башенко^ В.К.Лобедви, О.К.Наэаренко и аругле.

Рассмотрены извеотные способы и устройства, которые ясполь-|уют в нотой стране и за рубеяом для защиты сварочной пушки и }тенок вакуумных камер от продуктов испаряющегося материала во ¡р1-л!я ЗЛО. Отмочаетоя, что до настоящего времени в мировой практике ЗЛС не удалось разработать научные принципы, с дешщью кото->ых можно было бы решить вышеуказанную актуальную техническую выдачу. Имеется огромней ряд воевоэможных технических приемов, с юмощью которых осуществляют защиту катода сварочной пушки, лабо ащиту стенок вакуумных камер <.: продуктов вопарявдагооя материа-в во время ЗЛО,

Приводятся экспериментальные исследования педтвервдаицио, то во время ЗЛС происходят разрушение катода и скяжоаие его вми-аруЕдей способности, а также и срока эксплуатация. Отмечено, что о время сварки алшиниевых сплавов происходи? обильная митадди-ация поверхности катода нарами иепзрящегооя материала, что нри-одит к преждевременному разрушению катода и к понимание оебвото-даота выпускаемой продукции.

Рассмотрены многочисленные модели отечественных я зарубежных зсосов, которые используются для откачки вакуумных камор, тьк зк особое значение имеет во время сварочного процесса среда, ко-зрэя окружает сварочную вашу. Она оказывает сущэотвспгаое влияние з качество сварного соединения.

газа 3. Рассмотрены теэрвтячоошю осноеы парового й ионнзго попсов при электронно-лучевой сварке металлов в условиях вакуума. . ¡казино, что х.рп сварке метьллоз с низкой температурой плавлонил, которым относится алюминий и ого сплавы, создается плотный ме-гЛЛИЗИрОВЗЯНЫЙ норовой ПОТОК, который ПОД В08Л- ->ТВИО,'.! электронно пучка ионизируется и устремляется к рабочей поверхности надо, образуя в поверхностном слое катода легкоплавкие автектики. степенно нарушается эмиссионная спосоС..ооть катода. Отмечонс, о в последнее вроыл нг ли щирокоо применение лянтано-боридныо годы, которые обладают высоквйи эмяссяошшш свойствен! при рз-

, 'бочей температуре катода рапной 1600°С при плотности токи 10 А/с;А

Ионная бомбардировка катода совместно с паровым потоком приводят к нарушению (¿юрмиравзния электронного пучка в прикладной области, а также к нарушению расходимости угла. Перечисленные физические факторы являются причиной уменьшения срока службы катод который резко отличается от теоретического. Паровой поток, который образуется во время сварочного процесса оседает и на внутренних стенках вакуумных камер. При вскрытии камер он взаимодействуй - ет с влажным воздухом и с мелкодисперсной пылью, а затем в ыерио, ^орвакууыной откачки мощный турбулентный поток срывает его со стенок камеры и транспортирует в щелевой зазор мезду свариваемым деталями. Поэтому необходимо очистка стенок от осевшего конденса та. Эта операция очень трудоемкая и требует дополнительных потер рабочего времени. Все выдеуказатше физические факторы влияют на качество выпускаемой продукции. Для решения этой сложной теоретл ческой задачи были приняты слодугцие дощаюния:

1. Паровой поток, образующийся во время ЗЛО, представляет собой мелкодисперсную масоу, движущуюся в сторону сварочной пушки с скоростыэ равной или больше скорости звука.

2. Плотность парового потока в центральной части вполне достогоч на для поддержания беспрерывного процесса ионизации.

3. Ионизированный процесс, лад сварочной ванной упру го дегер:,- Фотонный и носит мгновенно взрывной л беспрерывный характер.

4. Процесс ионизации из создает избытка в ззрядзх того или друге го знака,

Ь. Охлздлснио порофоряйноЁ части парового потока подчиняется законам контакта с холодными массами.

6. Средняя скорость двикения парового потока определяется кхшеи ческой энергией его компонентов с раз ни,; и массами элокеитарнг -Чаатиц.

7. Центральная ччеть массы парового пэтокз яодчгляотся з газодинамики при обтекании цилиндрических тал рлспслог,хп:гах на пути с о движения, ограниченного со всех сторсп расиирлю-

. щикся объемом.

Ь. Температура парового потека а области сварочной ваннн даста-4 точна для беспрерывного кодцерланля процесса ионизация. 9. ¡¿роцесс превращения электрозэв в положительно ззрягеппкз если во время сварочного процоссо, носит мгновенный характер и не нарушается.

"уссмотрени траектории дб;;;::>з:ц:л «зно^ с чазличпшш масси.мя са.расЛ).

-Ж

Рис.1. Хр-^ктсрпл диплопия попов с разлпчш.-.'н

1 - траектория двазхшт пена с массоЦ )

2 - траектория двиксияя иоии с массой -171

3 - траектория движения иона с массой -И^к-Л,

Рассмотрение траектории дштения иока : кизнваот, что в висимости от массы, траектория дгжошш будот представлять •эЯ параболу, (¿юрма которой опредоляотся только массой иона, чнлышми условиями движения является скорости движения испа-одогэся .материала:

я

«79

/иш -уЩГ >

скорость движения испаряющегося материала; К - постэя:п;пя Болыргша; Т - тег'лпр.-тура поверхности росаяша;

(I)

и

Г/Т$ - реактивное воздействие испаряющихся с поверхности атомов.

Движение иона в плоскости ХОТ будет в направлении оси У номерным, а по направлению оси X равномерно ускоренным. Это с новитоя ясно, если рассмотрев положение иона в точках А^ и А^ расположенных на траектории обозначенной цифрой - I. Координа иона с течением времени будут изменяться я легко рассчитывают по язвеотннм формулам. Л л

где величина варяда иона;

Н^- напряженность, создаваемая электрическим полем; - время.

Решая эти уравнения совместно, получим уравнение огибают траектории движения иона в плоскости ХОУ,

Формула (3) представляет собой уравнение параболы и опис ет только крайние я мгновенные положения огибающей траекторий на с массой^*, на пути движения в сторону катода сварочной пу: ки. Ввиду-того, что электрон при столкновении с ионом отдает только часть своей кинетической энергии, которая не может пре: оить отношение то это соотношение справедливо и при стол;

новении более легкого иона с более тяжелым.'Поэтому кинетичес] Энергия иона, оказавшегося на траектории полета - I, будет су; мироваться дозами кинетических энергий, полученных при каждом последующем соударении, т.е: '

где начальная кинетическая энергия иона с массой /

У - дополнительная кинетическая энергия, получены: пЯ тт ионом с массой Л^мза промежуток времений"^, з, который ион вышел на траекторию своего двикен - кинетическая энергия, затраченная ионом при а ремещении на свою траекторию движения; /7 - количество соударений ионе, перед выходом на свою траекторию установившегося движения.

' .. д—(b)

и г,д. -г массы ионов, в квторымя отетиулии ион о массой ffl/п перед выходом на траектория оввагв движения.

Чем меньше величина дополнительной кинетической энергии ио-тем круче его внешняя параболячаокая траектория, там больше жтноогь попадания не поверхность катода.

Таким образом можно заранее предвидеть, какая грурпа ионе» ¡обна бомбардировать рабочую поверхнооть катода а вмецштшя а : физический процесо.

Для этого необходимо определить скорость движения иона я лю-точка его траектории движения. Обозначим эту точку буквой , а скорость в атой точке . Тогда производя проотые мат«-1ческив преобразования формул (I), (3), (4) получим:

(7)

(6)

Формула (6) удобна для раочвтов и йцнаадй.пользейаться в ;тичаокой инженерной деятельности.

Рассмотрены такие уоловия обеспечивающие воасьшаниа парового ¡на во внутренняя объем препятствия конической формы, расиолс-ого над сварочной ванной:

- число ¡Лаха в области давления - Р^; Р| г давление в нобегаицем потоке; РЦр- давление в канале препятствия.

Гарантией всасывания парового потока во внутренний объем ческого препятствия является:

(7а)

л 3. Рассмотрбны конструктивные особенности устройства завд-с продуктов испаряющегося материала во время ЗЛС. Теорети-,1 обоснована принципиальная схема устройства защити термока-сварочной пушки,,п: казшшая на рио.2.

Рис.2. Схо.ма рабочей частя устройства защиты <УШ:

I - сваривае:,',ыа детали; 2 - коническая нэсадк; 3 - конический 'корпус; 4 - Критическая точка; 5 - коническое обратное сопло; 6 - цвлипдриче< кий корпус; 7 - боковое отверстие; 8 - электронный луч.

ТО

Устройство защиты ЗЛИ о помощью специального лучепровода и хомута крепится к торцевой части сварочной пушки и устанавливается над овариваеыыми деталями. Была составлена специальная программа и сделаны ооответотвупцло расчеты, которые позволили гее основные технические параметры устройства защити ЗИП свести в табл.1.

Основные техническио параметры устройства защиты ЭДП

Таблица I

п/п

мА

град

Со

ш

мм

>4

мм

т

•о

мм

мы

до-100

2. 100-150

3. 150-200

4. 200-250

5. 200-300

6. 300-400

7. 400-450

8. 450-500

9. 500-600

10. 600-700

11. 700-1000

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

30 30 30 30. 30 35 37 40 40 40 40

22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22

44 48 52 56 60 64 ¿8 72 76 80 84

20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60

92 96 100 104 108 112 116 120 124 128 132

48 48 48 48 48 48 48 48

48

49 48

Как видно из табл.1, основные геометрические и уотсновочныа параметры выбараютоя а зависимости от абсолютной величины сварочного тока.

Глава.4. В процессе ЭЛС в условиях промежуточного вакуума происходит обильное образование низкотемпературной плазмы, которая вотупает но взаимодействие с электронным пучкам, вызывая изменение удельной мощности лучка. Разработанная теория формирования а управления низкотемпературной плазмой зо время сварочного процесса, позволила четко определить основные критериальные условия, выполнение которых обязательно для процесса формирования объотю-иульснрущогс "сгустка" над сварочной в-лной во внутренней полости конической насадки устройства защиты ЗЛП.

'Ивовое условие. Считаем, что количество электронов -и ионов в "огуотке" долано Сыть примерно одинаковым:

n^niyf^^J^i , "(в)

где fle- количество електронов; til ~ количество ионов.

Второе уоловие.Число Клудесна намного меньше единицы:

> «"

где ¿í- длина свободного пробегов ¿0 - характерный размер области.

Тротьв •условие. Движение плазмы происходит с дорелятнвяотокйй окороотью о точноотью до^шеиов порядка:

(10)

где - окорооть движения плазмы; С - скорость света.

Четвертое условие. Магнитное число РеИнольдоа намного меньше одшшцы: . .

i (12)

к/fp- магнитная проницаемость; S¿- диэлектрическая проницаемооть; -t*~&/Vbn- характерный размер времени. Для рассматриваемого случая Rg/tf- безразмерный параметр, характеризуйте отношение индуцированного магнитного поля н приложенному .

Пятое лсловме. iopi.ia "сгустка" образуемая в конической ловушки, описывается уравнением ЭММ ЮЛ:

Шестое уолопиа. Температура смеси компонентов парогазового ноток; образуемой вокруг ионизированного "сгустка", равна схюдаюй с^мме температур каждого компонента:

Тсм-^^РЛ ? (14)

где П ~ количество конпононтов смеси.

Седьмое, уоловиэ. Парциальное давление смеси равно сумма парциальных давлений каждого компонента:

Восьмое уодовиэ. Давление, создаваемое компонентами смеси вокруг "огустка", больше или ровно давлении в "сгустка":

<«)

где ?(е.~ давление в парогазовом потоке, окружающим "сгусток"; Рс - давление во внутреннем объеме "сгустка".

Девятое условно. Во внутренней полости "огустка" вокруг электронного пучка должен образовываться канал, отонка которого удалены с.г электронного пучка на расстояние достаточное, чтобы избежать потерь удельно» мощности пучка.

Десятое условие. Разделение и отделение ионного потока от смеси парогазового потока, нрп входе в коническую ловушку происходит мгновенно.

Одиннадцатое условие. Беспрерывное вращение "огуотка" вокруг электронного пучка во время сварочного процесса цойжно происходить с момента его образования.

Двенадцатое .условие. Для парогазового погоня приемлемы все основные уравнения газовой динамики:

Уравнение неразрывности

где"Ш_ - составляющая скорооти парогазового потока, нормальная к поверхности; Р - плотность; . - площадь рассматриваемого сечения; /¿г - массовый расход.

Уравнение импульса газового потока

где ^— импульс газового потока; - скорость тазового потоке р^ - давление.

Уравнении энергии

£

где С - энтальпия;

$ - величины, характеризующие параметры изозитропно эотормо-

женного потока (полные параметры); К - показатель изоэнтропы;

Ср- удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Тринадцатое условие. В процессе движения парогазового потока внутри конической ловушки имеет моего адиабатическое движение, т.е. отсутствует внешний теплообмен и внутреннее тепловыделение, следовательно, энтропия парогазового потока при таком движении не изменяется. Такое двийсонио парогазового потока, как известно, называется изоантропическим.

Четырнадцатой условно. Это условие характеризуется уравнениями энергии в термической форме и для адиабатического парогазового потоко, не совершающего технический работы, имеют вид:

Уравнения (20) показывают, что при движении парогазового потока без теплообмена и технической работы, при увеличении скорости движения потока, вейичшш (""7^ ) - положительная. При этом двоение потока обязательно сопровождается уменьшением энтальпии и понжшяем т&-ш«ратуры.

При тор., .жении, у«еньивние скорости приводит к увеличении энтильнии и росту температуры.

Ввиду того, что устройство защиты ЭЛИ от напыления представляет собой конструкцию состоящую из диффузора с внутренним лучепроводом и с внесшей конической лозу-лкой, то для расчета формирования объешо-пульсируюцбго нсх7стка" низкотемпературной плазмы необходимо зычиедьние следующих термодинамических пзр^-

(20)

метров: отношении давлений (?2/Р]-), отношение плотностей потока ( ¿¿/у/ ). отаокениз температур (Т2/Г1) и число ;.!эха на скачке уплотнения - М^• так как скорость валета микрочастиц иа сварочной ваннн достигает величины 104-105 см/с.

77-7=74 • н№Р + <) > <гз)

. Л » Г . Л. Т.Кп . У\

гдо К - показатель игоэнтролн;

Рр ^ , Т^ - давление, плотность и температуре до п«чкй уплог'нения;

Т?2> , Т^ - давление, плотность и температура и екечкои уплотнения;

}»2 к 14, - число Маха до и после скачка уплотнен ¿л; угол скачка уплотнения.

Так как внутренний гучепровод устройство зпмютн ЭЛЛ выполнен со стороны сварочной ванны о яйце усеченного кяинз с внутренним отверстием для прохождения электронного г.учкя (си.рис.3), то необходимо математически выразить зависимость знач ия угла при вершине клина от воличипы^глц ¿-/3^ .

(25)

На ряс.Л графически покачена зависимость угле скачка уплотнения от угла отклонения потока для К = 1,4.

Графики (см.рис.-4), построенные по уравнению (25) покги.-вают, что каждому углу ^г теоретачески соответствуют два положения скачка - при меньшем и при боцькем значенииПридельный значения углов ле:;ат на линия АВ. Обтекание парокдл потоком лу-чепровода устройства зпщты ЭШ показано аэ рис. 3.

Как мдно из рис.3 передний скачок уплотнения - 5 образуется, но вершине - 5 конического элемента - 2. ~ерод ним происходит торможение парового потока, который иа спарочнол венны всасывается во внутренний объем диффузора устройства защита

одп.

Далеи рассмотренк основные торкоцииаыическив функции

?>10.3. 0бТ0К*К1Н) Ц&рОЗЫМ ПОТОКОМ ЛуЧУ) 1рЗВЗД:.1 устройства з^мти ЗДД:

I - цилиндрическая часть ваутроклого лучеарозо-да: устройства зацагы; 2 - усочлшы,. койцчсокя!» участок лучепровод*; 3 - торцовая поверхность лучьпроззда; 4 - сквозное отверстии; 5 - Ьорш«-на конического аломонть; С - породнил скичик ушютивния; 7 - задал« екачок уплотииыш; 8 - щльсад'щшГсгусто;!" низ*отии!лср.Л'ур1М<1 плизлщ; 9 - коничьс.смя лоъуижа; 10 - а^окхрон-ный пуч*к. ( ^ я - цриводшшио скористи).

термодинамически« состояние паое-гащего газового потока. {^шар^Ц) представляет соба» отяс ¿сние ге.,'Перлтури дал^уцегося газового патока а произвольно:.; сочиняв ); то;.ишратура азоэнтрзпного затср-заголного потока.

ЗДУт&Г > (26)

График фуыкциаЯГ^) различных значешы К представлен на рис.й.

функция полу чипа дутом преобразования ура^нишш Вернули к уранения изоэптропкого процессу и равна -стно^илд^ плотности р^ движущегося газового потока л плотности ^ >;зо-

рис -i. Jüiíiieiüaocjri угла скачка ort угла otiuohju: потока дня разных энзчс-aai числа Jaxa.

ÍY

Рко.Ь. График '¿уикцаа^С^-Ь)» лгцишц; заторможенного газа:

(27)

Грк'4ик ¿уякдлй^^З'для различных зничонил К представлен ни рпо.й. Купи я имеат точку перегиба, координаты которая за-иаслт от величины К. , . ' ,

\ -,ГЕ±Г с

(29)

¿ункцзя* иол} ченз аналогично в представляет собоЛ я Р., дъкаущогося газа к д< а. .торможенного газа в том ае сечения К

;£ьиио давлония Р., дакхуаогося газа к давлению Рк изоэлтрсшю

1в.

£i,o

м

V ад в,» M M

V

«и

JoV — — — — —

— — — —- — — —

-- С" —

—

— m

Ы-

ряс.7.

Í VW M «.« V V» V 3J0 W 7,9 tj Ji

Рио.6. График ДИКЦИИ rpùvi»; Ч.у>!К11>!Ье$[))rSJi -\&4кчим Ыи/чл:лл К

ИГ*/!

V M

V

V

(VI

V

w

<V» «V

—

-

Bu L :: —

m

и;

i i 1

í !

0 0,2 0,4 0¿ 1,8 4,0 (p 4,4 4,S 3,0 2,4 2,6 J

h1) Fr=Ta)-ем

Рис.7. Гр^пк -кцш|

}\l.--Ain< ^iJIKlWUjÜNlilVÄ.iüUKiC'V, чип при В ;)]>'■

0 ^Л^ЯЯгУНКЩШ^Ц) , ЛШОТСЯ .3 ¿И&ПйУСНи: О.

* е т

Таким образом, коотраошшо гречки (¿.уцкциЗ:*^) ШЩ дают возможность оцрадодять тср:,;одш1а:.ычооки& «арбитр! рзгизово. потока, источником которого лишится сварочная и но ире;.ш ЭлС, ЗДваодский хирикюр тйрмидиаайичоских льрадют] парогазового нотиса игран»* существенную роль а (¿.армировании котемдературноИ плазмы в конической ловушке я обм:/.йо-пульс1 1ЦНЙ огуеток.

Известно, что сили Р, действующая на частицу о зарядом которая движется со скоростью1)}^ в магнитном поле с напряжен

— иг ?1гЖ Я

г ^ «лиг > (32)

хда ЗЛО10 си/с; _

© - угол мочуи направляющими Эта сила напровл»

пчргшдикуляряо к <зС я яри положительном знаки направления Р составляют привоьиитовуо оиотему. При отрицательном направление силы будет противоположным. Сила, удерживающая < тяцу.иа кругасоЯ траектории должна по второму закону Ньютош нятьоя произведении массы на центростремительное ускорении.

^Шф, (зз,

5, г, " Тс > уЕ

радвуо иращеяин частицы. '

Более практически удобна ота «¿юрмула, когда онй вираж», чорв, энергии частиц. „ Г^ ■

и-ЪтЮ- ¿гщ; ) (34)

кратность заряда чястнци; У- оргия в ^локтрон-вольгах.

( 9.10-*®г к ¿5: =1'для электрона) Следовательно ларыоровскнй радиус ьранения оликтрона будет:

(ЗП

Се" > (3о)

^чдиус крнви£ 1 траектории, 'например, протона при тех жо зн; нияхд^и \jf~u раза больше

' (зс) иииду того, что иликтрон и электронном пучки, двигаясь

торопу спзрочаоИ канна, совершат вращательное двичсеняе, х^ знатное нращсниа начинает парогазовый поток ещо в канале пропдав-ения и продолжает при нходе в коничоокув ловушку устройства за-иты ЭЛГГ. Этому физическому явлению способствует дшгавйио свароч-ей в-эшш, я такяо конструкция конической лопу -чки, которая реопо-згаэтея кс эсродотвопно над каналом ироплавлоиия спариваемых дв-алеД. Из-за высокой начальной скорости движения заряженные час-ицы но успевают 'тклонитьоя от траектории своего движения п поедают в раствор коничоскоВ ловушки, з которой подвергается реп-ому торможению и мгновенному'огделошпо от парогазового потока, сходящего из сварочной шпны. Причем скорооть движения заряявных частиц при подходе к критическому сечению устройства защити' М1 практически надает до нуля, так как они покидают под создей-твио скатка уплотнения, образуемого внутренним лучепроводсм л рктическим сечением диффузора. Образуется уотейчквыц пульсирую-ий "сгусток" низкотемпературной плазмы, компоненты которого оо эршавт беспрерывное врзщенио. Вокруг "сгустка" и вместе с лии ращиется весь парогазовый поток, на прекращая своего движения

0 винтовой линии. Во внутреннем объомо диффузора поток затедля— т овое зрачг.ни:) и опокой.ю конденсируется на его стенках.

Необходимо отметить, чго "сгусток" вед время пытается раэру-иться. Положительные ионы пытается занять место у иорефнрлйней генки "сгустка", иеходясь под действием магнитной силы. Благо-аря центростремительному ускорении, которое направлено к оси нейтронного пучка, выход ионов за сферу "сгустка" на происходит, элько при избытка ионов, они могут перейти частично на стенки овуакя. Электроны в"сгуотке" располагаются меяду электронным 1'чком и ионами ц все вромя пытаытся притянуть их к оэбе. Насту-зот динамическое равновесие всех сил, участвующих в формировали ь в разрушении "сгустка" Осуществляется надежная защита тер-жатода сварочной пушки от продуктов испаряицвгооя материала во эемя ЭЛС.

зава б. Разработанная теория управления парогазовым потоком 1» эемя позволили создать малогабаритные высоковакууглше ¡«¡со-

1 для откачки ЗЛИ. Исследования проводились в области разработки [•дельных элементов насосов, конструкция которых оказшзоет посредственное влияние на формирование обратного потока пиров ¡бочеЛ яидкости в откачиваемый объем. Сформирован поьый научны.1 1ДХОД к рекснио этой сложной технической задачи. Ни бое теории шненпя и торможения парогазового потока во время ЗЛС р,чзр;.бот.1-

ь* нсьиа яоаотрукцйя • ди^узисишог а пьроздсмпого насоса конку-р^'йяно-анособного с турбсмолекуляриьш шоосшя, прикышешли л мировой практике да откачки ЗДД. Разработанная конструкция нас оа позаодяот существенно довиодть быстроту де&о-хвид насоса за счет создания шяныалыш'о грнднелта тилиюрьтур ¿¡оаду пернсй а иаолодаой ступенями струи ниоооа, у также зь счыт ешоодая пшл вых потерь при воктакхо истока паро сэ стопкаш нирзпройода. Дл иредогврздимия амгрьшт и»раи рабочей лсидкостн и ьтмчавиь.м'Л о дм, на ооцтике поозой закреплено "лошпи" оошю (ыолсотрлгшал обеоцечив&ыцое ооэдешю над ним другого "зсягяка", «гедоьл&до.'о тор.-.пзлвдго дшеюшю иол^нул иьрь в йгкачцдвоииа ибьиа. Ра^рийа ¿'¿:1иоЯ конструкция пиоои* защищена триул ьптэрскями сьадатсльс!

и одной ..г-ждународиоц зия^кой. В таблице 2 приведены ооношь технические характеристика, разработанного нассоа кирки "Саны и &ир.\ш (Франция).

Осноышо технические характеристики висо кошку наоосэн

Таблица 2

Л Оаиошше и/ц х^ракторивтаки Размерность Казанский 11 100/350 ерьацая "Сойот" Розсия

I 2 3 4 5 б

I. Предельной гс- До о,6Л0~ь 6,65,10"® 1,3 ЛО"5

гаточаио дивль-

нио -

2. Быстрота дойстг л/с 2С0 300 275 <Д,К

ьия но воздуху _ 330 (Б..)-:

3. Диа»1&Э0а рабо- На С.бЛО"^- 6,6ЛО~Ь-

чих Ди^ЛиШЫ - 3.6Л0"1 - 3,0Л0~4 - 3.6Л0'

4. ОбритниЛ поток лГ/ьШЛ. 5Л0"3 ЬЛО-4

¡¡¿¡рсь

0. ПииООЛЬци,'^ ы— & ¡¿с>,с ьо 40

ИуиКИСи Даъло-

РиСаЧ-м Й11.! -Кисть

¿.1-Х

¿и-о

" (?.Х«Г1и

р'1'. о V.)

и.1-1 , (о ЛО ;. .«п.ог)

.д-Ч.

7. Мощнооть элок- Вт троногреватеад

в. Количество рэ- г ¿очей жидкости

9. Время выхода на мин рабочий режим

10. Рабочьа нопря- В женив электронагревателя

11. Расход охлаздй- л/ч ьщей воды

12. Масса кг

500

12

220

оо

(не менее) 7

500 100 12 220

60 9

300-330 120 О 220

15 10, й

Разработанная новая кокотрукция насоса, по сразнаняо с известными зарубежным аналогами позволяла снизить потребление элек-троэноргии примерно в два раза, а потребление сода до четырех раз. На ряс.6 показан промышленный образец нового внеоковакуумного насоса.

Глава 6« Большой объем экспериментальных доследований подтвердил основные положения разработанной теории управления парогазовыми потоками во время ЭЛС в условиях высокого и промежуточного вакуум... Необходимо отметить, что обрабатываемый материал а условиях высокого и промежуточного вакуума был одвц я тот жо, я, поэтому вырв-кение отношения удельных мощностей определялось известными (¿ор.му-

%, уаъмм _у ¡<сзмв у 0,855Та-Лт~

л/1 ми:

(37)

■•до « " задержки

® точном вакуууе;

гип

испарения в высоком я промояу-

вакуу:

Тд- те:.ширйтура поверхности моталла, при которой

начинается интенсивное испарение, °С; .Ар- ко официант теплопроводности, Бт/(ы.г^д); коэффициент те^щоратуролрозсдности, :•;"/с; дллтольноегь я;,;17ульос), с.

Сг

8

Сварочная пушка

Рио. 8. Общий вид промышленного образца високовакууы-ногб на-пси."Сонот" с устройством защиты

При постоянных параметр ах пучка: ,'Щ^^Сим > и фо-

кусировке, пленялись только давление в сварочной камере. Первоначально исследования проводились без устройства защиты, а затем с устройством защити ЭЛП. Иооледования показали, что при УЛС без устройства защиты при переходе с высокого в промежуточный вакуум происходит значительное уменьшение удельной мощности электронного пучка, что со гавляат от 20 до 30 % от исходных значишш.

—?

Давлении в камере иэминялооь от 1,33.10 На до 6,6Ь На. При применении устройства защиты ЭШ1 потери сдельной мощности пучки составляли но болс-е 2 Необходимо от;*-'1-и1 ь, что иаучонио ишя-ния д;<шшшш остаточных 1 ¡зов на положли. чок;ш>ноП плоскости

пучки показали, что существенного шшнил отмечено не било. Рея».'н тати зкспсри,ментальных иоолодои;in- ,1 приведены в таблице 3.

Влияние давления и сварочной каморе на положение 'фокальной плоскости пучк;>

Тэблица 3

Ho..iop Давление в ом;, •чной каморе

серии опы- • тов Р = 1,33.10* Па . Р = 6 ,65 Па

Ъ** Csj/rr

I. 1,9 1.6 2,8 2,2 1.8 3,0

2. 0.5 0,0 2,3- 0.7 1.2 3,0

3. 1,2 1,3 2,2 I.I 1.3 2,6

4. 1.8 2,1 4,5 3,0 3,0 . 6,0

5. 1.6 1.6 1,7 2,4 2,5 2,5

Глава 7. Оообое внимание при ясслодованяях процоооа формирования объемно-пульсирующего "сгустко" низкотемпературной плазмы было обращено на процэсо конденсации алиментов парового потока на станках устройства защиты ЭЛП, а также на защиту термокатода оварочной пушки от продуктов испаряицэгося материала. В лабораторных и в промышленных условиях были проведены обширные оцоночныз испытания работоспособности устройотвэ защиты ЭЛП. Результаты Приведены в таблице 4.

Испытания устройства защиты покаэе;ги высокую и эффективную работоспособность устройства защиты ЭЛП от ¿тпыления. Напыление но стенках вакуумных камор уменьшилось и 45 раз, а па торцевой поверхности ЭЛП в 36 раз.

Глава 8. Исследовались различные конструктивные варианты устройства защиты ЭЛИ. Исследования прошдилист на установке "ЭЛУ-4" я "КШ-270" в диапазоне рабочих давлений г,г 1,33.Ю-2 до 6,65 Па. Сваривались детали из следувдих материалов: АМгб, АМг61, 1201, ЯГ-6 и стали I2XI8H9T. Скорость сварки варьировалась от 25 до 55 м/ч. Для наблюдения за св,чрочньм процоусом использовалась скоростная киносъемка. Затем с окрана телевизора производились съемки процесса формирования объомно-п.ульснр>ющого "сгустка" низко-темнирчтурной цлазш. tin рио.9 показчн процесс формирования и удержания "сгустка" низкотемпературной плазмы во взвощенном сос-

Обобщенные результаты взвешивания элементов устройства защиты при сварке деталей из сплава АМгб (1'м шва)

Таблица 4

Л» Элемент Масса зедер- Процант от Ыаоса Процент

п/п уотрой- жанных про- массы за-

стей дуктан кода- держанных

рения, продуктов

г испарения

нродук- от полной той до- массы про« паре-т дуктов иония, парения г

I. верхняя 0,0192 крышка

14,2 %

13,6 %

2. диффузор

2и. иерхняя 0,0452 половина

26. нижняя '0,0642 половина

33,7 % 0,148 31 %

47,7 %

43,4 %

Ъ. ловушки 0,00Ь8

4,4 %

4 %

Всего 0,1344

100 % 0,148 92 %

тоянвя во внутренним объеме устройства защиты ЭЛП.

Исследования такжо показали надежную защиту тормокатодног узлу аШ от продуктов испаряющегося материала во время ЗЛО в условиях высокого ц промежуточного вакуума. На рис.10 за&икси-риьлш лшитано». ридные таблетки после риботы боз устройства защити УШ и о устройством защиты. ......

Л о

Рис.9. Процесс $ормзрования и упертсанот "сгустка" низкотемпературно!! пяазын во взвеяеняои состоянии во рнутреппем объеме-устройства зяпитн ЭЛЛ.

Рис.10. Рабочие поверхности таблеток поело савроч- . ного процесса: I - без устройства защиты;

, 2-е устройством защиты ЭЛП.

Практически при работе ЭЛЛ без устройства защиты воя рабочая поверхность таблетки поражена продуктами испарявшегося материала* При работе с устройством защиты поражение рабочей поверхности таблетки троиуктами испарившегося материала отсутствует. Сварочные режимы инцвнтичныв. Материал АМгб.

Урава 9. Исследование технологических особенностей оварочиого процеосе в условиях промежуточного вакуума были проведены ва промышленной установке "КАФА-270" при давлении в сварочвой камера 6,65 Па."Необходимо отметить, что эта установка выполнена из бетона по техническому проекту института им.Е.О.Патова. На рис.II показано поперечное сечение сварного шве, выполненного на сплаве АЫгбГ без использования устройства защиты ЭЛП.

Для сравнительной оценки работоспособности устройства защиты ЭШ на одной детали были проведены исследования без устройства и о устройством. Лосле каждого прохода деталь охлаждалась до ком-

Рис.II. Форма поперечного сечения шве, выполненного

па сплаве АМгбГ при = 60 кВ; 55 и/ч;

уцл , ъи

1Д = 116 мА /толщина детали 30 мм/, натной температуры, чтобы исключить побочные нежелательные эффекты. Результаты испытания показаны на рис.12.

Изучение и испытание полученных швов показали, что устройство защиты ЭЛП гарантирует не только сяияэяяе потерь удельной мощности пучка, но и высокое качество сварного соединения. Кроме того о помощью устройства возможно освоение новой технологии получения деталей из продуктов испаряющегося материала, так как осуществляется ор пэрапия испаряющегося материала на отдельные фракции. На рис.13 показаны детали полученные в результате испарения материала во время сварки деталей из сплава АМгб.

Как показали лабораторные.исследования, полученная деталь состоит из чистого магния.'

Все основные технические параметры устройства защиты после экспериментальных исследований математически обработаны и сведены в табличную <1>орг.-у /см. таблицу г-/

—Рио.12. Форма поперечных сечений швов, полученных с устройством и без устройства защиты ЭЛИ: Т - форма поперечного сечения шва, полученного в промежуточном вакууме без использования устройства защиты ЭЛЛ; 2 - форма поперечного сечения шва, полученного с применением устройства защиты ЭЛП.

. Рис.13. Двь детали конической формы, полученные в результате обработки электронным пучком алюминиевого сплава /}/г6.

за

Основные рабочие параметры устройства защиты 2Л11

Таблица Ь

а а/п Л мм <9, град £ £ Мл1 & 1.1Л1 £ мм й- мм

I. до 100 32 20 102 30 22 54 48,

2. 100-150 32 20 106 ' 34 22 58 40

3. 150-Р00 32 20' НО 38 22 62 48

4. 200-250 35 24- 114 42 . 22 66 48

5. 250-300 35 24 118 46 22 70 48

6. 300-400 37 24 122 50 22 74 48

7. 400-450 42 26 126 54 22 78 48

8. 450-500 42 26 130 58 22 .82 48

9. 500-600 45 28 134 62 22 86 48

10. 600-700 45 35 138 66 22 »0 48

И. 700-1000 55 45 142 70 22 94 48

Общие выводы а розультаты работы

I«' Обзор состояния технологии и оборудования, применяемых в мировой практике в олоктрошго-лучавой сварке цветных металлов и их сплавов показал, что разработка теории управления движение;.; парогазового потока, источников которого является огарочная ванна, в настоящее время актуальна но только в нашей стране, но л за рубеаои, так как релеиие этой научноЯ проблемы привело а конечном итого к повышению качества сварного соединения и к снижению себестоимости выпускаемой продукции .

2. Установлено, что в процессе электронно-лучевой сварка цвотных металлов и их сплавов образуется плотный поток испаряющегося ;.:атериила, но торил движется со скоростью 10^+10® см/с, при стом элементы потока осаждаются па стенках вакууглноЛ камеры, что в конечном итоге приводит к снижению качества сварного соединения, за счет срыва конденсата со стенок ка:.:еры :.;оцны-ми турбулентны;.:;! потоками и транспортировки конденсата п толевую разделку хеаиу свэра^ао.мы^п деталями.

'3..Установлено, что если на пути движения парогазового потока установить препятствие,, выполненное в форме усеченного клина, то в зависимости от окорости двикения потока, поток ; задолго до встречи с препятствием чувствует ого ворашну и при встрече о ней образует так называемую головную ударную волну, которая фиксируется на некоторой расстоянии от торцевой поверхности клина в заставляет поток при встрече с ней огибать ее.

4. Установлено, что во время обработки вещества концентрированна источником нагрева в условиях вакуума, в момент вскипания от зоны нагрева распространяется волна сжатия а вслед за ней движется испаряющийся материал со скороотыо порядка К^-Ю^см Цели на пути движения потока установить диффузор, выполненный в виде сопла Лаваля, а внутри ого, строго по оои расположить лучепровод о отверстием, один конец которого, выполнен в форк усеченного клина и обращен к обрабатываемому веществу, то нй некотором расстоянии перед лобовой частью усеченного клина образуется объемно-пульсирующий "сгусток" низкотемпературной плазмы, при встрече о которой компоненты парового потока перегруппируются соответственно обоим массовым харакгерясгякам,

5. Установлено, что низкотемпературная плазма, образуемая в кан« ле нроплавления вещества, во время выброса парового потоке иг канала процлавлония,.транспортируется паровым потоком во внух решай объем кокичоокой ловушки, в которой она отделяется от парового потока и начинает свое вращение вокруг электронного пучяа.

6. Установлено, что образуемый "сгуоток" низкотемпературной плаг мы во внутреннее объеме конической'ловушку удерзлваетоя во ^ взвешенном соотоянии на протяжении всего сварочного процесса и разрушается только после завершения обработки материала электронна пучком.

7. Установлено, что во время сварочного процесоа практически отсутствует тепломаосообмен ыеаду мзеоой вращающегося "сгустка" в стенками конической ловушки устройства защиты от напыления

аш.

8. Теоретически "боснованс я экспериментально подтверждено ноиз-востное ранее поведение материальной сроды в условиях вакуума заключающееся в тем, что при вращении материальной среды вокруг мощного олуктрошшго пучка, материальная1 среди расчел* ется но ео основные сооташшшцие, причем каздая составляющая

- даикотся!'о своей траектории с равномерной плотностью- чдеиеи-ОСарИЫХ ЧНЬх'ИЦ.

9. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены основные критериальные, условия, гарантирующие формирование объемно-пульсирующего "сгустка" во внутренне!.: объеме конической ловушки устройства защиты от продуктов испаршдогося материала, а именно:. ' .

о.з^-ы^з

. 8° * I ^ 34°

где М - число Маха на скачке уплотйёвйя во внутреннем объеме устройства защиты от напылания;' - угол при вершина усеченного яучепровода устройства • защиты от напыления;

В- угол скачка уплотнения во внутреннвм объеме диффузора устройства защита от напыления. 10. Теоретически обосновано и экспериментально.подтверждено, что для каждого предельного значения числа Маха парового потока, источником которого является сварочная ванна, существует некоторое предельпоо значение угла пра вершине лучопровода устройство защиты от явпалокия, которое выражается уравнением, связывающее углы и уЗ чероэ значения числа Маха набэгвющего потока:' и , //У/-У

где К - показатель язоэнтропы. [I. Установлено, что в условиях промежуточного и высокого вакуума пары испаряющегося металла во время Э1С проникают но внутреннюю полость сварочной пушки и поражают термокатоц, что и конечном итога приводит к возникновению электрических пробоев н к снижению качества выпускаемой продукции. .2, Установлено, что применение устройства защиты термокатода сверочноЗ пушг.я в условиях промежуточного вакуума позволяет снизать потеря удельной мощности электронного- пучка от 30 до 1-2 % не .болэз в тем самим гарантировать высокое качество сварного соединения, 3. Разработанная теория управления движение« и торможением парового потока во время ЭЛС, подтверждена при конструирований и испытаниях внсоковакуумных насосов нового типа, гарантирующих тормояение и конденсации обратного потока паров рабочвЛ жидкости в откачиваемы;! объем на внутренинг стояках высоковлкуум-ного насоса.

14. Up сравнении о швостньии лучшими аналогами зарубежных

разработанной малог«с1арлтиый вые ока вину умный насос дня откачка ЭЛП óomo укиномичен, так как потребляет алектроэпергии а два рьза меньше.

Iü. Установлено, что при использовании устройства защиты термокатода сварочной пушки ь условиях высокого вькуума происходит сепарация испаряющегося металла к а составные кошйиенты, при этом разделение всох компонентов происходит по их массовым числам.

16. Установлено, что в условиях промежуточного вакуума, потери удельной мощности алектропиого пучка зьгшсят от величины ускорявшего напряжения и том монше, чья мышь ускоряющее напряжен со.

17. Установлено, что устройство защиты тораокьтода ЭЯП ко;лпенсир: от потерн удельной мощности электронного пучка за счет за1яит] пучка от взаимодействия с низкотемпературной плазмой и о oct¡ точными газами с сварочной камере.

18. Теоретически обосновано в экспериментально установлено неизвестное ранее яв,гшнии взаимодействия в условиях аакуума неуО' тановиьшейся термической плазмы и пароаого потока, образован ных плавленной твердого материала электронным пучком, заключающееся в том, что при столкновения с веществом, расположен нш на пути движения потека, под действием электронного пучк проходящего через вещество, поток закручивается я раз допето при этом плазма группируется, образуя движении элементарных частиц в объеме ограниченном внешней оболочкой плазменного сгустка.

СГЫСОК РАБОТ !Ю TiiAiä ДДОЙРТАВДЙ

I¿.A.C. I333üU8 СССР, Ш14 ВИЗ К'16/00. Элбктрснно-лучоцая ycTi

HObíla.

2. Токиуоь Б.0., Мукосеи 11.ti., Гудкои A.B. Причини возникьаио! ы aoKüTOpuG способы устранении дед^оаты типа пористость при ЭДС. Сборник докладов Бессоюзной конкуренции. Современные проблемы технологии машиностроении.;.!: !±ЗТУ им.П.Ü.Баумана. Ина. J1Ö9, 19ьо.

3. Токарь)и В.О., Алексиев И.В., Гудков A.B. Дц^шт тшь пористость при ¿ШЗ, причины возникновения и способы устранения. Сборник докладов статей Всеооизной конференции по сиарке цштных "еталлоъ. Тод^яти, сентябрь, 1906.

4. Токарев В.О., Новиков О.М. и др. Анализ влияния направления потока откачки из внутреннего объема уогаиовки ЗЛО на качоотво сварного шва и на возможность образования дефекта типа пористость, Москва, отчет по томе J6 0-618-85, инв. Ж33933, 1986.

5. Токарев В.О., Гудков A.B. я др. Разработка и исследование средств защиты оварного ш. , стенок вакуумной камеры и сварочной электронно-лучовой пуши от продуктов испарения.моталлов во время сварочного процесса. Отчет по договору Ji868-86, Москва, инв. ДО3961, 1986, 22 с.

6. Токарев В.О., Новиков О.М., Гудков A.B. Значение вакуумной гигионы для электронно-лучевой сварки. Тезисы докладов межотраслевой научной конференции, совещаний, семинаров, Москва, ВШИ, 1986, с. 3-4.

7. Токарев В.О. Зависимость качества сварного шва от направления откачки из внутреннего объема электронно-лучевой установки. Научно-технический сборник "Технология машиностроения", серия ХШ, выпуск 5, инв. JH3332, 1987.

8. A.C. 1409436 СССР, ЖИ4 В23 К 16/00. Устройство защиты катодного уала электронно-лучевой сварочной пушки.

9. Заявка 424882/25 СССР, МКИ4 В23 К 15/00, п/р от 29.03.1988. Устройство защиты электронно-лучевой пушки и стенок вакуумной камеры от напыления.

0. Токарев В.О., Алвкоеев И.В. Гворвпческяв ооновы и исследования в области защиты от продуктов напыления при ЭДС. Сборник докладов Всесоюзной конференции. ¡Li ЖГУ, 1980, 98 о.

1. Токарев В.О. Экспериментальные исследования процесса напыления при ЭЛС катодного узла сварочной пушки и разработка эффективного метода защиты. Из-во ГОНТИ-2, выпуск J5I0, внл. ¡Ю82, I960, с. 13-18.

2. Заявка 4333650/25 СССР, ЖИ3 F04P9/00, п/р от 11.09.1988. Вакуумный пароструйный насос.

3. Токарев В.О., Новиков 0.1,1. и др. Исследование, разработка в опробование конструктивных и технологических решений направленных на повышенна качества и работоспоообности сворных соединений. Отчет по теме jS&-379-88. Том 2. 1988, 149 с.

1. .'Летдународнэя заявка, ;.КИ5 323 К 15/00, PGT/JSU 89/00275

(Ol.II.89). Устройство защиты катода электронно-лучевой сварочной пупки и стенок взкуумноЗ камеры от напыления.

3. Токарев В.О., Казаков З.А. Когшлокс конструкторско-техническпх решений по олектроляс-л; чег.оЛ сварке в специальном мошшэстро-слии. Сборник докладов XI йсессюзпзи ксн^орепцил: Злектрзшю-

лучевая сварка в uauL .¿строении. Николаев, 1989, с.67-60.

16. Токарев S.O.; Гудков 'A.B., Островский O.E. Разработка оборудования нового поколения 3JIC. Объединенная сессия научного а коордянацаоиального Совета по сварке. Академия наук Украинской СССР, Институт Электросварки им.К.О.Патока, Киев, 108Э, о.5-6. '

17. Токарев £.0. Создание безмаоляного вакуума в электроннс-луче вше уотвцовках а помощью криоадсорбционного нвеооа, оонащон-ного сорбционншз пластинами. Из-во ВИМИ, Москва, внв. Ü89-0 1989, 0,15 п.л, .

18. Заявка 4694724/40-2" СССР, ЫКИ3 PÜ4P9/0Ö, п/р от 30.01.90. Вакуумный пароструйный наооо.

19. Заявка 4484242/27 СССР, ШШ4 В23 К 15/00, п/р от 06.04.1990. Устройство защити электронно-лучевой пушки и стенок вакуумной каь..^ы от напыления.

20. Мвздународная заявка, ЖИ5 Ю4Р9/02, PCT/SU 90/00157 , (15.06.90). Диффузионный насос.

21. Токарев В.0. Технология л оборудование электронно-лучевой сверкь цилиндрических изделий в корпусных узлов. Доклад на Всесоюзной Конференции тяжелого машиностроения СССР. Из-во ЩШТ аИТЯЫШ, 1990, с.4-5.

22. Заявка 4875884/08 СССР, 1.5КИ4 В23 К 15/00, п/р от 26.09.1991. Устройство защиты от продуктов напыления в процеосе электрон но-лучевой сварки.

23. Заявка 4859037/29 СССР, ШИ3 P04F9/00, п/р от 04.10ЛI. Вакуумный пароструйный насоо.

24. Заявка 4855464/02 СССР, МКИ В08 В 9/0Ö, п/р от 05.01.1992. Устройство для разделения и очистки металличоских материалов

25. Заявка 4361225/21 СССР, МКИ4 323 К 15/00, п/р от 17.01.1992. Кат?'- узел элоктронно-лучовой лушки.

26.' Токарев В.О. Вакуумные пароструйные насоои. М.: ВШИ, Научно технические достлжония, 1992, $3, о.23-26.

27. Заявка 4945913/21 СССР, МКИ4 В23 К „о/ОО, п/р от 09.06.1992. Торцовой катодный узел олокгрошю-лучовой пушки. t

28.-Токарев D.O., Казаков В.А., Алексеев И.В. Зле троыно-лучовая сварха алюминиевых сплавов в низком вакууме. М.: Сварочн^j производство. 1992, МО, о.2-3.

29. Токарев В.О. Разработка энергосберегающей конструкции диффу-. эора-зжехтора вдектронь. -лучевой пушки с дшюмической, коррекций!; TujUKuiacooodMöiw со сварочной волной в условиях низкого BuKyyiiJ. Москва, отчет по договору £337-92, 1992.' 19с.