2794.Электронно-лучевая сварка

ко, O.A. Металлов, O.K. Назаренко [и др.] // Журнал технической физики. – 1974. – Т. 44, №7. – C. 1556–1557.

18.Arata Y., Ishimura T., Miuamoto I. Focusing characteristic of high energy density of electron beam // Trans / JWRI. – 1973. – Vol. 2,

№1. – P. 1–6.

19.Friedel K., Czeslaw K. Metoda wuznaczania I pomiary strefa

aktywnej wiazkironowej // Post. Technol. Mash. i Urzi. – 1980. –

№2. – P. 37–45.

20.Събчевски С.П., Младенов Г.М. Оптимизация технологических электронно-оптических систем // Тр. 2-й междунар. конф.

по ЭЛТ, 31 мая–4 июня 1988. – Варна, 1988. – С. 89–94.

21. Активная зона сварочного электронного пучка / М.Л. Жадкевич, С.Н. Сукач, С.Н. Ковбасенко, Ю.Г. Куцан // Тр. 2-й междунар. конф. по ЭЛТ, 31 мая –4 июня 1988. – Варна,

1988. – С. 112–117.

22. Зуев И.В., Рыкалин Н.Н., Углов А. Оценка критической удельной мощности электронно-лучевой сварки металлов с кинжальным проплавлением // Физика и химия обработки материа-

лов. – 1970. – № 13. – С. 3–7.

23. Назаренко О.К., Кайдалов А.А., Акопянц К.С. Закономерности управления фокусировкой сварочного электронного пучка // Междунар. конф. по ЭЛТ, 26 мая–2 июня 1985. – Варна,

1985. – С. 112–118.

24.Arata Y. Evaluation of beam characteristics by the AB test method // Plasma, electron and laser beam technology, Metals Park. – Ohio/USA: American Society for Metals, 1986. – P. 179–189.

25.Mathematical simulation of the influence of ion-compensation, self-magnetic field and scattering on an electron beam during welding / U. Dilthey, A. Goumeniouk, O.K. Nazarenko, K.S. Akopjantz // Vac-

a seam / S.G. Best. 1969.

27. Pat. 3743776 (US). Device for tracking seams for welding by electron bombardment / F. Corcelle, J. Angely, J. Delort. 1973.

311

28.Device for Seam Tracking for Electron Beam Machines / C. Batulescu, D. Popesku, M. Andries, M. Toma // Proceedings of the 5th int. conf. on electron beam technologies, Varna, 2–5 June 1997. – Sofia, Bulgaria, 1997. – P. 143–148.

29.Pat. № 119363/20.04 (Germany). A method and device for

charged particles flow control / K.O. Mauer. 1976.

30.Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Управление электронными пучками по параметрам плазмы // Тр. 2-й междунар. конф. по ЭЛТ, 31 мая–4 июня1988. – Варна, 1988. – С. 106–112.

31.Нестеренков В.М. Влияния геометрии шва на параметры ионного тока при электронно-лучевой сварке // Автоматическая

сварка. – 1979. – №3. – С. 4–6.

32. Лесков Г.И., Нестеренков В.М., Живага Л.И. Процессы плавления металла и формирования шва при электронно-лучевой сварке // Автоматическая сварка. – 1982. – №12. – С. 34–36.

33.Olszewska K., Czopik A., Sielanko W. Secondary emission as the information source for optimizing EBW process // Proc. of the 5th int. conf. on electron beam technologies, Varna, 2–5 June 1997. – Sofia, Bulgaria, 1997. – P. 149–154.

34.Olszewska K., Friedel K. Control of the electron beam active zone position in electron beam welding processes // Vacuum. – 2004. –

№74. – P. 29–43.

35.Дворкин И., Ледовской В., Младенов Г. Электронно-лу- чевая сварка тонкостенных деталей в непрерывном режиме //

Электронная техника. – 1972. – Сер. 4, № 3. – С. 53–59.

36. Ледовской В.П., Младенов Г.М. О параметрах плазмы, генерируемой электронным лучом в технологической камере // Из-

вестияЛЭТИ. – 1972. – Вып. 126. – С. 96–100.

37.Kardjiev M., Besedin J., Mladenov G. Parameters of plasma produced from electron beam evaporation of metal target // Proc. of the 5th int. conf. on electron beam technologies, Varna, 2–5 June 1997. – Sofia, Bulgaria, 1997. – P. 155–159.

38.Besuelle E., Nicolai J. Study of the expansion of plasma gen-

erated by electron beam evaporation // Journal of Applied Physics. – 1998. – Vol. 84, №8. – P. 4114–4121.

312

39. Pat. 60014, code B23 K15/00, from 7.03 Method for electron beam focusing at electron beam welding, Bulgarian certificate for invention / G. Mladenov, G. Grigorov, T. Tanev. №35924. 1983.

40.Младенов Г., Григоров Г., Дяков Т. Система для наблюдения режима фокусировки в установках для электронно-лучевых технологий// Физика-электронизация. – Пловдив, 1982. – С. 319–322.

41.Брагинский С.Н., Давыдов В.И. К теории газовой компенсации электронных пучков // Сб., посвящ. 70-летию акад.

А.Ф. Йоффе. – 1950. – С. 72–105.

42.Бахрах Л., Жарков Ю. Ионная самофокусировка интенсивного электронного пучка // Радиофизика и электроника. –

1961. – Т. 6, №6. – С. 23–327.

43.Krinberg I.A., Mladenov G. Formation and expansion of the

plasma column under electron-beam interaction // Vacuum. – 2005. – Vol. 77, №4. – P. 407–412.

44.Ho C.Y., Wen M.Y., Tsai C. Ma Potential and electron density calculated for freel expanding plasma by an electron beam // Journal

of Applied Physics. – 2011. – Vol. 110, №1.

45.Formation of a secondary emission signal in electron beam welding with continuous penetration / D.N. Trushnikov, V.Ya. Belen’-

kiy, V.M. Yazovskikh, L.N. Krotov // Welding International. – 2007. – Vol. 21, №5. – P. 384–386.

46.Secondary emission signal for Weld formation monitoring and control in electron beam welding / D.N. Trushnikov, V.Ya. Belen’- kiy, G.M. Mladenov, N.S. Portnov // Materialwissenschaft und

Werkstofftechnik. – 2012. – Vol. 43, № 10. – P. 892–897.

47.Petrov P., Mladenov G. Theoretical analysis of heat flow and

structural changes during electron beam irradiation of steel // Vacuum. – 1990. – Vol. 42, №1–2. – P. 29–32.

48.Swift-Hook D.T., Gick A.E. Penetrаtion welding with laser //

Marchwood Engineer. Lab. R/M/N. – 1972. – №637. – P. 1–10.

49. Koleva E., Mladenov G., Vutova K. Calculation of weld parameters and thermal efficiency in electron beam welding // Vacuum. – 1999. – Vol. 53, №1–2. – P. 67–70.

313

50. Башенко В.В., Петров Г.Л. Формирование зоны проплавления при электронно-лучевой сварке // Автоматическая сварка. –

1977. – №9. – С. 23–30.

51. Hashimoto Т., Matsuda J. Calculation by thermal conduction theory and its discussion for the penetration depth in electron beam weld bead // Journal of Japan Weld. Soc. – 1964. – Vol. 33, №9. – P. 38–46.

52.Vutova K., Mladenov G. Evalation of the Dimentions of Weld and Thermal Effected Zones During Electron Beam Treatment // EBT'94: Proc. 4th int. conf., 6–11 June. – Varna, 1994. – P. 101–107.

53.Koleva E., Mladenov G. Prognoses of the electron beam weld geometry on the base of thermal model and/or of statistical data analysis // Hybridtechnologien-Fügetechnik für die Fertigung der Zukunft: Innovations forum, 23–24 November. – Halle, Germany, 2004. – P. 88–100.

54.Mladenov G., Petrov P. Physical and thermal processes during electron beam welding // Materials and Manufacturing Processes. – 1999. – Vol. 14. – P. 331–345.

55.An analysis of electron gun for welding / S. Sabchevski, G. Mladenov, S. Wojcicki, J. Dabek // Journal of Physics D: Applied

Physics. – 1996. – Vol. 29, №6. – P. 1446–1453.

56.Comparability and replication of the DIABEAM measurement device / U. Dilthey, St. Bohm, M. Dobner, G. Trager // Proc. of the 5th int. conf. on electron beam technologies, 2–5 June 1997. – Varna, Bulgaria, 1997. – P. 76–83.

57.EBSIM – eine Simulationssoftware Für das Elektronenstrahlschweißen / U. Dilthey, St. Böhm, T. Welters, S. Ilyin, G. Turich // Große Schweißtechnische Tagung, Essen, 10.9–12.9. – 1997. – S. 28–33.

58.Friedel K., Felba J. Quantitative study of experimental emitance diagrams // Proc. of 4-th int. conf. on electron beam technologies, 5–11 June. – Varna, Bulgaria, 1994. – P. 55–62.

59.Wojcicki S., Mladenov G. A new experimental investigation

of high power electron beam // Vacuum. – 2000. – Vol. 58, №2–3. –

P.523–530.

60.Use of radial distribution of the beam current density for evaluation of the beam emittance and brightness / E. Koleva, K. Vutova,

314

S. Wojcicki, G. Mladenov // Vacuum. – 2001. – Vol. 62, №2–3. –

P.105–111.

61.Koleva E. Statistical modeling and computer programs for

optimization of the EBW of stainless steel // Vacuum. – 2001. – Vol. 62, №2–3. – P. 151–157.

62.Koleva E., Mladenov G. Analysis of the termal processes and the shapes of melted zones at electron beam welding and electron beam

melting // Bulgarian Journal of Physics. – 2000. – № 4. – P. 83–96.

63.Koleva E. Statistical analysis of electron beam weld geometry at various regimes // Electronika' 2000: Proc. of symp., 5–6 Oct. 2000. – Botevgrad, 2000. – P. 117–124.

64.Koleva E. Electron beam weld parameters and thermal effi-

ciency improvement // Vacuum. – 2005. – Vol. 77, №4. – P. 413–421. 65. Koleva E., Vuchkov I. Model-based approach for quality im-

provement of electron beam welding applications in mass production // Vacuum. – 2005. – Vol. 77, №4. – Р. 423–428.

66.Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. –

М.: Машгиз, 1951. – 227 с.

67.Zuev I. Self-organizing technologies of electron beam treat-

ment of the materials, alternatives to electron beam technology // Int. EBT conf. proc. – Bulg aria, Varna, 1994. – Р. 89–94.

68.Wojcicki S., Mladenov G., Sabchevski S. An experimental investigation of the correlation between parameters of the electron beam

welding process and the quality of welds // Int. EBT conf. proc. – Varna, 1997. – Р. 84–89.

69.Bakish R. Introduction to Electron Beam Technology. – London: John Wiley&Sons, 1962. – 248 p.

70.Meleka A. Electron Beam welding: principles and practice. – London: Graw-Hill, 1971. – 270 p.

71.Christova N., Koleva E. Neural network–based modeling and optimization of electron beam welding of stainless steel // Electronika & Electrotechnika. – 2009. – Vol. 5–6. – P. 104–111.

72.Dobeneck D. von, Lower T., Adam V. Elektronenstrahlschweissen das verfahren und seine industialle Anwendung fuhr hochste Productivitat // Moderne Industrie. – Germany, 2001. – P. 3–21.

315

73.Технология и оборудование для электронно-лучевой сварки / В.В. Башенко, В.Б. Вихман, А.Н. Козлов, И.С. Гайдукова //

Тр. 1-й С.-Петерб. конф., 19–27 мая 2008. – СПб., 2008. – С. 5–21.

74.Koleva E.G., Mladenov G. Experience on electron beam welding, in practical aspects and application of electron beam irradiation / ed. M. Nemtanu and M. Brasovianu. – Rrivandrum: Publisher Transword Research Network, 2011. – P. 95–133.

316

3. ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ

3.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛС

ЭЛС осуществляется за счет расплавления кромок свариваемого металла сфокусированным электронным пучком и за счет формирования сварочной ванны, кристаллизация которой приводит к формированию сварного шва. Технологический диапазон удельной мощности электронного пучка для сварки составляет q2 = 108…5·10 12 Вт/м2. Сварка металлов небольшой толщины (до 3 мм) ведется с удельной мощностью q2 = 108 Вт/м2, при этом электронный пучок в основном плавит металл, а испарение металла с поверхности сварочной ванны незначительно.

При ЭЛС металлов большой толщины (до 100–200 мм)

го луча на большую глубину сопровождается испарением металла и формированием канала проплавления, в котором рассеивается практически вся мощность электронного луча. Канал проплавления движется через толщу металла, расплавляя металл, который перемещается в хвостовую часть ванны и там кристаллизуется.

Переход от ЭЛС металлов малой толщины к сварке металлов большой толщины осуществляется по достижении критической удельной мощности q2*, величина которой для большинства металлов составляет 109–10 10 Вт/м2. Высокая концентрация энергии в электронном пучке позволяет получать при больших скоростях ЭЛС узкие и глубокие сварные швы с минимальной зоной термического влияния и высокими механическими свойствами металла сварного соединения.

317

3.1.1. Параметры и показатели ЭЛС

Параметрами процесса ЭЛС, измеряемыми в процессе сварки, являются ток электронного пучка Iе, ускоряющее напряжение U, ток фокусирующей системы If, рабочее расстояние (расстояние от электронной пушки до поверхности свариваемого изделия) l и скорость перемещения ручка v.

При заданных значениях параметров – мощности q = IU, токе пучка, токе фокусировки – можно определить диаметр электронного луча d и удельную мощность q2:

q2 = 4UIe π d 2 .

При использовании импульсно-периодического режима сварки средняя мощность электронного пучка

qm = IeiU f τ,

где Iei – ток электронного пучка в импульсе; U – ускоряющее напряжение; f – частота следования импульсов; τ – длительность импульса.

Количественными показателями ЭЛС являются: погонная энергия Q1 – затраты энергии на единицу длины сварного шва, Q1 = q/vcв; Q2 – затраты энергии на формирование единицы площади стыка, Q2 = q/vH; q/H – затраты мощности на единицу глубины сварного шва; K – коэффициент формы шва, K = Н/В (здесь В – ширина шва, Н – глубина шва).

3.1.2. Камеры и вакуум для ЭЛС

ЭЛС осуществляют чаще всего вертикальным либо горизонтальным лучом (рис. 3.1) в вакуумных камерах, размеры которых зависят от габаритов свариваемых изделий. Объем камер современных установок составляет от 0,1 до сотен кубических метров [1].

318

металла. Сварка в нижнем положении рекомендуется для значений толщины до 40 мм для сталей и до 80 мм для титановых и алюминиевых сплавов. Горизонтальным электронным пучком со сквозным проплавлением сваривают металлы толщиной до 400 мм.

Конструкция соединения для ЭЛС выполняется с учетом глубокого проникновения электронного пучка в металл. Толщина зазора в стыке не должна превышать 0,1–0,2 мм при глубине шва менее 20–30 мм и 0,3 мм при глубине шва свыше 30 мм.

При ЭЛС используют ряд следующих технологических при-

и несплошностей и для создания более равномерных условий кристаллизации металла;

–сварку с присадочной проволокой для легирования металла шва или восстановления концентрации легко испаряющихся в вакууме элементов;

–сварку на дисперсной подкладке для улучшения выхода паров и газов из канала проплавления (подкладка толщиной ~40 мм из гранул или рубленой сварочной проволоки);

–сварку в узкую разделку (0,8–8,0 мм) в нижнем положении за счет наплавки присадочного материала в прямоугольную разделку кромок;

–тандемную сварку двумя электронными пушками, из которых одна осуществляет проплавление, а вторая (меньшей мощности) формирует либо корень канала, либо хвостовую часть ванны. При квазитандемной сварке используют один электронный пучок, но с использованием периодического его отклонения, например в хвост ванны;

–предварительные проходы для проверки позиционирования электронного пучка и очистки и обезгаживания кромок свариваемого металла;

–двустороннюю сварку одновременно или последовательно двух противоположных сторон стыка примерно на половину

320