ТЕОРЕТИЧНЕ ОЦІНЮВАННЯ РОБОЧОГО ТИСКУ ГАРМАТ ВИСОКОВОЛЬТНОГО ТЛІЮЧОГО РОЗРЯДУ ДЛЯВИКОРИСТАННЯ В ЕЛЕКТРОННО-ПРОМЕНЕВІЙ ТЕХНОЛОГІЇ ЗВАРЮВАННЯ МЕТАЛЕВИХ ВИРОБІВ
DOI:
https://doi.org/10.32782/KNTU2618-0340/2021.4.1.16Ключові слова:
нелінійне рівняння,електронний пучок,електронно-променеве зварювання, глибина зварювального шва, фокальний діаметр електронного пучка, електронні гармати високовольтного тліючого розрядуАнотація
У статті проведений порівняльний аналіз методів аналітичного та чисельного розрахунку глибини зварювального шва металевих виробів за умови здійснення зварювання у низькому вакуумі електронним пучком, який формується гарматою високовольтного тліючого розряду. Показано, що хоча аналітичний метод розрахунку є простим та зручним, але, у разі його використання, розрахункові залежності правильно відображають динаміку зміни глибини шва лише у разі малих тисків та високої прискорювальної напруги. У даному випадку проблема забезпечення точності та адекватності аналітичних розрахунків за простими співвідношеннями насамперед пов’язана з тим, що не враховується залежність діаметра електронного пучка в фокусі від його струму. Запропонований чисельний метод розрахунку дозволяє оцінювати глибину шва в значно більш широкому діапазоні робочих тисків електронної гармати. Для розрахунку глибини зварювального шва були використані відомі прості аналітичні залежності, які дозволяють обчислити глибину проплавлення металу залежно від його термодинамічних властивостей, а також геометричних та енергетичних параметрів електронного пучка. Як параметри пучка розглядалися прискорювальна напруга, струм пучка та його фокальний діаметр. Для проведення аналітичних та чисельних оцінок були окремо враховані існуючи аналітичні залежності фокального діаметру електронного пучка від його струму, а також залежність струму електронної гармати високовольтного тліючого розряду від тиску у розрядній камері. Чисельні розрахунки проводились через аналіз функціональної залежності, в яку входили глибина зварювального шва та тиск газу у розрядній камері гармати як явні параметри, та через пошук нульового значення цієї функції шляхом розв’язування відповідного нелінійного рівняння. Аналіз поведінки функції у заданому інтервалі значень тиску та глибини зварювального шва показав, що така постановка задачі є цілком коректною з математичної точки зору. У статті наведені результати тестових аналітичних та чисельних розрахунків залежності глибини зварювального шва від тиску гелію в розрядній камері гармати, отримані для виробів із титану, та проведений аналіз отриманих розрахункових результатів.
Посилання
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.
