Электронно-лучевая сварка представляет собой воздействие на металл направленным потоком энергии. Качество получаемых сварных швов зависит от качества используемого «инструмента» - электронного луча. Характеристиками луча являются распределение плотности мощности, фокусировки и геометрических размеров. Однако при настройке процесса электронно-лучевой сварки эти параметры никогда в явном виде не контролируются, что приводит к низкой воспроизводимости качества сварных соединений. При этом электронно-лучевая сварка зачастую является финишной операцией при изготовлении дорогостоящих изделий, когда стоимость ошибки может приводить к потерям, превышающим десятки миллионов рублей. Учеными Пермского Политеха было разработано устройство, которое позволяет получать реальные пространственные и энергетические характеристики электронного пучка. Благодаря этому результат сварки становится более прогнозируемым, а сварные швы – более качественными и надежными.

Статья, подготовленная в соавторстве с учеными Хуачжунского университета науки и технологий, опубликована в журнале «СТИН» (№ 2, 2023г.). Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, министерства образования и науки Пермского края и Российского фонда фундаментальных исследований в соответствии с целями программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».

Технология электронно-лучевой сварки получила широкое распространение в отраслях промышленности, где крайне важно качество сварных соединений. Прежде всего, это приборостроение, энергетическое машиностроение и аэрокосмическая отрасль. Высокое качество сварных соединений обеспечивает сама суть технологии. Электронно-лучевая сварка проводится в вакууме. Поток электронов направляется на обрабатываемую поверхность. При соударении с поверхностью кинетическая энергия электронов преобразуется в тепло, за счет концентрированного ввода энергии происходит локальное закипание и расплавление металла. В результате получаются глубокие и узкие сварные швы с минимальной зоной термического влияния.

Электронно-лучевой сварка обладает высоким потенциалом к автоматизации процесса, поэтому совершенствование технологии представляет реальный интерес для науки и техники. Повысить качество сварки поможет устройство, разработанное учеными Пермского Политеха. Оно позволяет получать реальные пространственные и энергетические характеристики электронного пучка с использованием методов компьютерной томографии.

— Разработанное устройство позволяет повысить точность измерения параметров электронного пучка за счет использования коллектора первичных электронов специальной формы. Он устроен таким образом, чтобы минимизировать влияние отраженных электронов. Также в конструкции устройства была использована диафрагма с набором узких и широких радиальных щелей, что позволяет выполнять дифференциальные и интегральные измерения параметров электронного пучка, а также повышает точность измерения параметров для пучков малых поперечных размеров. В итоге, мы получаем функциональное и достаточно простое в изготовлении устройство, которое позволяет с высокой точностью измерять характеристики электронных пучков, — рассказывает научный сотрудник лаборатории методов создания и проектирования систем «материал-технология-конструкция» Глеб Пермяков.

— Электронный пучок несколько раз сканирует щелевую диафрагму по круговой развертке, в результате регистрируется выходной сигнал, представляющий из себя серию импульсов, каждый из которых соответствует пересечению пучка одной из щелей диафрагмы. Выходной сигнал обрабатывается с применением метода синхронного накопления, который сокращает влияние случайных помех и метода компьютерной томографии, что позволяет с высокой точностью определять реальные пространственные и энергетические характеристики электронного пучка. Применять данную методику можно для диагностики электронно-лучевых пушек или наладки процесса электронно-лучевой сварки. Также реальные параметры электронного пучка можно использовать для уменьшения возможных погрешностей при моделировании процесса сварки, — поясняет профессор кафедры сварочного производства, доктор технических наук Дмитрий Трушников.

Благодаря этой разработке пермских ученых электронно-лучевая сварка станет еще эффективнее.

Поддержать редакцию