Курсовая работа: Выбор способа сварки диафрагменной лопатки паровой турбины
5. Шаг точек (см) S = V (t+tп), скорость обработки
V = S/(t+tп),
6. Параметром, характеризующим соотношения длительности импульса и времени паузы в импульсном режиме, является скважность цикла
G = t/(t+tп),
7. Наиболее существенным и одновременно наиболее трудноопределяемым параметром электронного луча является его диаметр. При заданных плотностях тока эмиссии с катода, температуре катода и сферической аберрации линзовой системы пучок электронов с максимальным током может быть сфокусирован в пятно минимального диаметра.
d = S0(I/U)3/8,
где S0 – постоянная электронно-оптической системы, вычисляемая эмпирически.
8. Разряжение (мм. рт. ст., Па).
9. Частота автоколебаний: f » Vсв/d.
4. Исследование влияния основных параметров сварки на форму шва и качество сварного соединения
Влияние тока электронного луча на глубину проплавления металла
С целью определения зависимости величины сварочного тока от толщины соединяемых деталей была проведена серия экспериментов. Сварку выполняли с помощью электронно-лучевой установки «Луч-4» на образцах из нержавеющей стали. Полученные зависимости при разных скоростях сварки и при общих остальных параметрах (U = 30 кВ, l = 100 мм, Iф = 100мА).
Из представленных графиков можно сделать вывод, что при увеличении тока электронного луча, глубина проплавления тоже увеличивается.
Влияние удельной мощности электронного луча на геометрию зоны проплавления
В связи с тем, что энергетический баланс процесса электронно-лучевой сварки близок к аналогичному балансу при дуговой сварке, связь параметров электронного луча с характеристиками зоны проплавления можно дать в виде уравнения для секундного объема плавления металла:
0,24 IUhиhт = rVFпрSм, (1)
где Fпр – площадь проплавления, см2; Sм = (сТпл + Lпл) – теплосодержание жидкого металла при температуре плавления, кал/г.
Из этого уравнения следует, что чем выше погонная энергия Q = 0,24 IU/V, тем больше площадь проплавления. Это действительно справедливо для процесса дуговой сварки, который в большинстве случаев осуществляется при q2<q2*. Для электронно-лучевой сварки экспериментально установлено, что обобщенный параметр – погонная энергия Q не является определяющим при количественной оценке процесса. При постоянной погонной энергии можно получить глубину проплавления и 15 и 2 мм. Этот факт следует считать естественным, так как образование кинжального проплавления при электронно-лучевой сварке определяется не только количеством введенной энергии, но, и ее плотностью.
Эффективность процесса проплавления металла электронным лучом определяется величиной теплового КПД hпр= hиhт, где hи – эффективный; hт – термический КПД. Величина эффективного КПД hи при воздействии луча с образованием канала в веществе практически приближается к единице. При оценке эффективности процесса проплавления существенную роль играет величина термического КПД.
Для использования в инженерных расчетах в уравнениях (1) должна быть учтена удельная мощность электронного луча q2.С этой целью произведены эксперименты по электронно-лучевой сварке с постоянной погонной энергией, но разной степенью фокусировки (разной удельной мощностью). Сварку выполняли с помощью электронно-лучевой установки ЭЛУ-9Б с электронной пушкой ЭП-60/10М на образцах из нержавеющей стали размером 500 х 80 х 20 мм.
В первой серии опытов образцами служили две пластины толщиной 10 мм каждая, сварку выполняли встык с зазором. Во второй серии в качестве образцов использовали пластины толщиной 20 мм.
В процессе сварки через каждые 60 мм длины шва изменяли фокусировку электронного луча на 4 мА в диапазоне токов фокусировки от 76 до 100 мА. Таким образом, концентрация мощности при постоянной погонной энергии в процессе наложения сварного шва постепенно увеличивалась, а после достижения максимума уменьшалась. Рабочее расстояние сохранялось постоянным h = 90 мм (см. табл. 3).
Анализ макрошлифов и очертаний зон проплавления показал, что при постоянном значении погонной энергии можно в широком диапазоне изменять геометрию проплавления с помощью только одного параметра режима сварки – степени фокусировки электронного луча. При этом очертание зоны проплавления изменялось от полукруглого до кинжального, а при больших отрицательных значениях степени фокусировки переходило в «клыкообразное». Опыт показал также, что максимуму глубины проплавления соответствует минимальная ширина шва. Зависимость глубины проплавления Н от степени фокусировки электронного луча DIф приведена на рис. 5. Под степенью фокусировки DIф понимают алгебраическую разность токов магнитной линзы при сварке и фокусировке на малом токе луча (2–4 мА): DIф = ±(Iф – I0) – За нулевую точку отсчета принят ток фокусировки Iф = 88 мА.
Характер кривой Н= f (DIф) (рис. 4) Н, свидетельствует, что степень фоку – мм сиповки, соответствующая максимальному проплавлению на данном режиме, зависит от тока луча: с уменьшением тока луча до величины, обеспечивающей максимальное проплавление, DIф стремится к нулю.
Таблица 3. Характеристика экспериментальных очертаний зон проплавления
Параметр |
Условный индекс шва |
||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |||||||||
Ток фокусировки Iф, мА. |
76 | 80 | 84 | 88 | 92 | 96 | 100 | ||||||||
Степень фокусировки DIф, мА. |
-12 | -8 | -4 | 0 | +4 | +8 | +12 | ||||||||
Коэффициент формы шва, Кф = Н/В. |
2,11 | 4 | 2,45 | 1,46 | 1,0 | 0,72 | 0,56 | ||||||||
Экспер-ная ширина зоны проплавления, мм | 24 | 22 | 21 | 20,6 | 32 | 47 | 59 | ||||||||
Опыт | Ток фокусировки, мА | ||||||||||||||
72 | 76 | 80 | 84 | 88 | 92 | 96 | 100 | ||||||||
№1 | |||||||||||||||
Влияние изменения рабочего расстояния пушка-деталь на геометрию зоны проплавления
Заглубление в материал фокуса электронного луча может существенно увеличить глубину отверстия. Аналогичный эффект наблюдается и при электронно-лучевой сварке с кинжальным проплавлением.
С целью определения влияния заглубления фокального пятна на геометрию зоны проплавления при экспериментах на электронно-лучевой установке ЭЛУ-9Б с электронной пушкой ЭП-60/10М на образцах из нержавеющей стали размером 500 х 80 х 20 мм сварку осуществляли с переменной рабочей дистанцией Н.
После сварки четырех швов, полученных при одинаковой погонной энергии на различных рабочих дистанциях пушки и при постоянной степени фокусировки во всех случаях DIф= 0, оказалось, что площади проплавления являются эквивалентными. Такой факт имеет большое практическое значение, так как позволяет сохранять неизменную форму проплавления на различных рабочих дистанциях электронной пушки, находящихся в расчетных (паспортных) пределах для данной электронно-оптической системы.
Влияние ускоряющего напряжения на геометрические характеристики проплавления
Экспериментальные данные (рис. 5.) показывают, что ускоряющее напряжение существенно влияет на глубину проплавления: с увеличением ускоряющего напряжения при прочих равных условиях глубина проплавления увеличивается.
Связано это с уменьшением рассеяния электронов пучка на атомах пара при повышении ускоряющего напряжения. Действительно, например, при U = 30 кВ коэффициент поглощения a = 2,4*106/U2 = 2,67*103 см2/г, а при U = 100 кВ a = 2,4*102 см2/г, т.е. уменьшается более чем на порядок. Таким образом, повышение ускоряющего напряжения обеспечивает большую кинетическую энергию электронов и увеличивает пробег электронов в парах металла.
Н, мм
2
3
24
16
1
8
0 30 60 90 110 I, мА
Рис. 5. Зависимость глубины проплавления от тока луча у нержавеющей стали при V = 0,3 см/с: 1 – U = 30кВ, 2 – U = 60кВ, 3 – U = 100кВ
Эксперименты проводились на ЭЛУ при давлении в рабочей камере 5*10-5 – 1*10-4 мм рт. ст.
Аналогичным образом подтвердилась зависимость глубины проплавления от мощности сварки, в которой происходит одновременное увеличение обоих параметров.
При постоянной общей и удельной мощности и радиусе электронного луча rе была получена экспериментальная зависимость глубины проплавления от скорости сварки и ускоряющего напряжения (см. рис. 6).
Н, мм
60
3