THEORETICAL ESTIMATION OFOPERATION PRESSURE OF HIGH-VOLTAGE GLOW DISCHARGEGUNS FORAPPLYING INELECTRON-BEAM TECHNOLOGY OFMETAL PRODUCTS WELDING
DOI:
https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2021.4.1.16Keywords:
nonlinear equation, electron beam, electron beam welding, seam depth, electron beamfocal diameter, high voltage glow discharge electron gunsAbstract
In the article a comparative analysis of methods for analytical and numerical calculation of the depth of a welding seam of metal products, during its welding in the soft vacuum by an electron beam, which is formed by high-voltage glow discharge guns, is provided. It is shown, that although the analytical method of calculation is simple and convenient, but, in the case of its use, the calculated dependences correctly reflect the dynamics of changing of the welding depth only in the case of low pressures and high acceleration voltage. In this case, the problem of ensuring the accuracy and adequacy of analytical calculations by using the simple relations is primarily due to the fact that the dependence of the electron beam diameter at the focus on its current isn’t taken into account. The proposed numerical calculation method allows to estimate the weld depth in a much wider range of operating pressures of the electron gun. To calculate the depth of the seam, the well-known simple analytical dependences were used, which allows to calculate the depth of metal penetration in the seam depending on its thermodynamic properties, as well as on the geometry and energy parameters of the electron beam. Accelerating voltage, beam current and focal diameter were considered as beam parameters. To providing analytical and numerical estimates was separately took into account the existing analytical dependences of the electron beam focal diameter on its current, as well as the dependence of the current of highvoltage glow discharge electron guns on the pressure in discharge chamber. Numerical calculations were carried out through the analysis of the functional dependence, which included the depth of the weld and the gas pressure in the discharge chamber of the gun as explicit parameters, and through the search for the zero value of this function by solving the corresponding nonlinear equation. Analysis of the behavior of the function in a given range of values of pressure and depth of the weld showed that such a formulation of the problem is quite correct by the mathematical point of view. The results of testing of analytical and numerical calculations for the dependence of the welding seam depth on the helium pressure in the discharge chamber of the gun, obtained for titanium products, have been presented and analyzed in the article.
References
Электронно-лучевая сварка/ под общей редакцией Б.Е. Патона Киев: Науковадумка, 1987. 256 с.
Шиллер З., Гайзиг У., Панцер З. Электронно-лучевая технология. Москва: Энергия,1980. 528 с.
Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевой обработкиматериалов. Москва: Машиностроение, 1978. 239 с.
Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Плазменныепроцессы в технологических электронных пушках. Москва: Атомиздат, 1989. 256 с.
Krasik Y.E., Gleizer J.Z., Krokhmal A., Chirko K. at all. High-current electron sourcesbased on gaseous discharges. Vacuum. 2003. Vol. 77. no 4. P. 391–398.
Gruzdev V.A., Zalesski V.G., Antonovich D.A., Golubev V.P. Universal plasma electronsource. Vacuum. 2003. Vol. 77. no 4. P. 399–406.
Коваленко В.С. Лазерная технология: учебник. Киев: Вища школа, 1989. 280.
Новиков А.А. Источники электронов высоковольтного тлеющего разряда санодной плазмой. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 96 с.
Denbnovetskiy S., Melnyk V., Melnyk I., Tugai B., Tuhai S., Wojcik W., Lawicki T.,Assambay A., Luganskaya S. Principles of operation of high voltage glow dischargeelectron guns and particularities of its technological application. Proceedings of SPIE.The International Society of Optical Engineering. 2017. P. 10445–10455.
Melnyk I., Tyhai S., Pochynok A. Universal complex model for estimation the beamcurrent density of high voltage glow discharge electron guns. Lecture Notes in Networksand Systems: manual book / Edited by Ilchenko M. Yu. Springer, 2021. 152. P. 319–341.
Исаченко В.П, Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопроводность. Москва:Энергоатомиздат, 1981. 417 с.
Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы: учеб. пособие для вузов. Москва:Наука, 1989. 432 с.
Березанский Ю.М., Ус Г.Ф., Шефтель З.Г. Функциональный анализ: курс лекций.Киев: Высшая школа, 1990. 600 с.
Молоковский С.И., Сушков Д.И. Интенсивные электронные и ионные пучки. Москва: Энергоатомиздат, 1991. 304 с.
Силадьи М. Электронная и ионная оптика. Москва: Мир, 1990. 640 с.
Мельник И.В. Аппроксимация вольт-амперных характеристик технологическихисточников электронов высоковольтного тлеющего разряда с использованиемсредств системы MatLab. Вестник Херсонского национального техническогоуниверситета. 2009. Вып. 2 (35). С. 299–305.
Мельник І.В., Починок А.В. Дослідження класу алгебраїчних функцій дляінтерполяції межових траєкторій короткофокусних електронних пучків. Системні дослідження та інформаційні технології. 2020. №3. С. 23–39.
Мельник І.В. Система науково-технічних розрахунків MatLab та її використаннядля розв’язання задач із електроніки: навчальний посібник у 2-х томах. Т. 2.Основи програмування та розв’язання прикладних задач. Київ: Університет«Україна», 2009. 327 с.
Hablanian M.H. A correlation of welding variables. Proceedings of IV Symposium ofElectron Beam Technologies. Bosotn, 1962. P. 262–268.
Лопатко В.А., Карташов Г.В., Ткачев Л.Г. и др. Определение глубиныпроплавления при электронно-лучевой сварке металлов большой толщины.V Всесоюзная конференция по электронно-лучевой сварке. Киев: Наукова думка,1977. С. 16–19.
Василев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач: учебное пособиедля вузов. Москва: Наука. Главная редакция физико-математической литературы,1988. 552 с.
