Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

Таким образом, (5.6) определяет условия, когда в течение характерного времени т* в слой рб вводится удельная мощ­ ность, приводящая к испарению (вскипанию) этого слоя.

=30 кВ TI„ = 0,9, т*=14-10-« с. SKUB=1,3- 10< Д ж/г и q2* = 2 -\V Вт/см2. Для нержавеющей стали при {/=30 кВ q2* = 1,3 • 10s Вт/см2.

Ограничение удельной мощности электронного луча сверху

Ограничением сверху удельной мощности луча является начало

процесса взаимодействия электронного луча с медленными электронами в канале. Расчеты [51 показывают, что это соот­ ветствует удельным мощностям луча порядка 10®—1010 Вт/см2.

5.5. Формирование канала проплавления при ЭЛ С

Теоретически и экспериментально установлено, что процесс формирования глубокого проплавления при ЭЛС имеет автоко­ лебательный характер. В литературе имеется много работ, по­ казывающих, что воздействие непрерывных во времени концен­

номерность: передача энергии от источника нагреваемому телу идет в автоколебательном режиме [6 ].

Из (5.6) следует, что при Я2>Я2* за время т слой металла

Таким образом, спустя 25,7 мкс после включения на пути луча оказывается слой пара, концентрация частиц в котором быстро падает — от 1 • 1020 до 1018—IО1®см-3. Для луча такая концентрация пара не является «прозрачной», неизбежно на­ чинается рассеяние электронного луча за пределы зоны воздей­ ствия (расфокусировка).

Из формулы (5.5) можно получить критическую плотность пара р*, при которой ослабление падающего "потока электронов происходит до величины q2*:

в канале р<р* электронный луч достигает дна канала и обеспе­

чивает нагрев очередного слоя б до вскипания; при р>р* поток электронов рассеивается на стенки канала.

В начальный момент разлета пара (в момент вскипания слоя б) от зоны нагрева в металл распространяется волна сжатия,

максимальное давление в которой

После рассеяния начинается нагрев и разлет пара, который можно описать уравнением (5.7). Таким образом, процесс фор­ мирования канала за счет испарения является периодическим.

Время t достижения электронным лучом глубины Н склады­

Расчеты по формуле (5.11) показывают, что в общем ба­ лансе времени (t) достижения электронным лучом глубины Н до 1—1 0 % времени уходит на «чистое» испарение, тогда как рассеяние (когда электронный луч расфокусирован и имеет удельную мощность на 1— 2 порядка меньше первоначального) занимает все остальное время (99—90 %).

Так как при ЭЛС луч движется относительно изделия, то

где 1>св — скорость сварки, см/с.

В процессе ЭЛС луч надви­ гается на зону металла перед передней стенкой канала и проплавляет ее на глубину Н за время /, т. е. периодиче­ ски с частотой f= v CBld углуб­ ляется в металл (периодиче­ ское «строгание» передней стенки).

Таким образом, при фор­ мировании сварного шва на­ блюдаются два основных типа периодических процессов: пе­ риодическое испарение по мере углубления электронного луча в металл (с частотами поряд­

ка единиц и десятков килогерц) и колебания жидкого металла в сварочной ванне за счет периодического «строгания» перед­ ней стенки (с частотой порядка 1—100 Гц). В литературе так­ же отмечены плазменные колебания (с частотами порядка 106 Гц). Зависимость амплитуды колебаний от частоты для всех трех типов колебаний при ЭЛС показана на рис- 5.3.

ванне составит 1/5• 10_2=20 Гц.

5.6. Автоколебания параметров ЭЛС

Для ЭЛС характерно, что при постоянном во времени потоке энергии возникают колебания физических параметров, характе­ ризующих систему луч — вещество, а именно: потока пара, ин­ тенсивности светового излучения, эмиссии электронов и т. п. из зоны воздействия луча. Существует критическое значение по­ тока энергии для возбуждения колебаний: если q2>q**, то ко­ лебания возникают, если <72<<72*, не возникают.

Такое поведение системы луч — вещество присуще автоко­ лебательным системам [6 —9].

При нагреве вещества постоянным во времени потоком энер­ гии, который больше некоторого критического значения, отме­ чаются существенные особенности в характере изменения тем­ пературы поверхности: она не стремится к постоянному зна­ чению, но колеблется относительно некоторого среднего значе­ ния. Эта закономерность обусловлена возникновением автоколе­ баний температуры и плотности пара в процессе нагрева.