На відміну від раніше виконаних робіт пропонується вибирати кут нахилу пучка і площини стику в межах 10…12. У розглянутому способі зварювання верхній валик шва утримується від витікання за допомогою розташованої нижче стику сталевої планки. Зворотний бік шва формується також за допомогою підкладки, прикріпленої до зварюваного виробу без зазору способом аргонодугового зварювання.

Саме ці кути нахилу дозволяють під впливом гравітаційного ефекту модифікувати спектр коливань розплавленого металу і виключити витікання металу зі зварювальної ванни. Під впливом сили тяжіння істотно збільшуються частоти найнижчих гармонік коливань металу, що призводить до зменшення амплітуди збурень на стінках каналу і, як наслідок, -- до підвищення стабільності зварювального процесу. Підтвердження цьому було отримано при зварюванні заготовок з низьколегованих сталей товщиною 150 мм у похилому положенні, що дозволило збільшити потужність у пучку до 35 кВт і одержати шви високої якості практично по всій глибині проплавлення. У цьому випадку зафіксовані лише кореневі дефекти різних розмірів. З огляду на результати аналізу впливу збурень рідкого металу на поверхні парогазового каналу на зміну характеру відбиття електронного пучка від цієї поверхні й утворення кореневих дефектів, було запропоновано спосіб підвищення якості формування швів великої глибини, який полягає в застосуванні спеціальних коливань електронного пучка (Рис.11). На відміну від усіх відомих способів ЕПЗ використовували паралельне перенесення пучка з розгорткою по двох координатах. Таке відхилення пучка забезпечується наявністю в електронних гарматах двох відхиляючих систем, а також відповідними параметрами струмів у них. Відповідно до викладеного у третьому розділі, були обрані і використані пилкоподібна розгортка з амплітудою 6 мм і частотою 130 Гц уздовж шва (M₁N₁-P₁Q₁ -- площина розгортки пучка за пилкоподібним законом з амплітудою А₂) та синусоїдальна розгортка з амплітудою 4 мм та частотою 110 Гц поперек шва (MN-PQ -- площина розгортки пучка за синусоїдальним законом з амплітудою А₁).

Як вказувалося в третьому розділі, використання розгортки електронного променя з паралельним перенесенням не дозволяє змінюватися куту взаємодії електронів пучка з передньою стінкою парогазового каналу в ході зварювального процесу. Внаслідок цього частка відбитого пучка, що досягає кореня каналу, залишатиметься практично постійною. Це призведе до зниження амплітуди піків проплавлення в корені каналу, через що зменшиться імовірність утворення кореневих дефектів у зварних швах.

Це положення підтверджується багатьма поперечними і поздовжніми шліфами, вирізаними зі зварних з'єднань сталей Крезо-Моррель (2,25Cr1Mo), 22К, 15Х2НМФА та 10ГН2МФА товщиною 150 мм. Основна частина кільцевих стиків у всіх випадках зварювалася при потужності пучка 36 кВт на робочій відстані 200 мм. Прискорюючи напруга та швидкість зварювання залишалися незмінними як на цій ділянці шва, так і на ділянці виведення режиму і складали відповідно 100 кВ та 1 мм/с.

Амплітуда поздовжніх пилкоподібних коливань пучка на ділянці замикання шва при зміні глибини проплавлення від 150 до 100 мм не змінювалася і складала 6 мм. З подальшим зменшенням глибини проплавлення амплітуда поздовжньої розгортки зменшувалася до 2 мм наприкінці виведення режиму. Амплітуда поперечних синусоїдальних коливань пучка при зміні глибини проплавлення від 150 до 110 мм не змінювалася і складала 4 мм. Зі зменшенням глибини проплавлення амплітуда поперечної розгортки зменшувалася до 1 мм наприкінці замикання шва. Зменшення струму зварювання від робочого рівня до нуля здійснювалося на довжині L ділянки виведення режиму зварювання, обраної зі співвідношення L = (2,1...2,3)H, що для зварюваної товщини H = 150 мм складає 350 мм. На цій же ділянці струм фокусуючої лінзи збільшували на 6 % від робочого значення. Найбільш плавна зміна положення фокуса пучка відповідає глибинам проплавлення 150 …140 мм і складає в середньому 1 мм на довжині шва 5 мм. На ділянках "виходу" кореня шва із задньої вивідної планки та "проходження" глибин 135… 90 мм швидкість зміни положення фокуса підвищується до 1 мм на 2 мм довжини замикання шва. Таке співвідношення довжини окремих ділянок виведення режиму і зміна на них струмів пучка, фокусування і струмів у відхиляючих котушках дозволило досягти необхідної якості замикання кільцевих швів при ЕПЗ низки низьколегованих сталей (Рис. 12).

З метою уникнення наявності ділянки переходу від наскрізного до некрізного проплавлення встановлюється вивідна планка по всьому периметру зварного стику (Рис.13), що визначає тільки один вид проплавлення -- некрізне -- як на основній ділянці шва, так і на ділянці замикання шва. Ділянка перекриття шва на кільцевому стику характеризується подвійним проходом та подвійним переплавом металу зварюваного виробу. Проведені металографічні дослідження структур зварних з'єднань на цих ділянках і порівняння із структурами основної ділянки шва не показали будь-яких відмінностей. Окрім цього, металографічний аналіз не виявив пір, мікротріщин і несплавлення у зварних швах.

На поверхні глибоких швів часто виявляються підрізи та велика нерівномірність валика по висоті. Це насамперед стосується початкової ділянки шва, де вводиться потужність пучка. Нерівномірність формування валика вимагає збільшення припусків на механічну обробку й обсягу самої обробки, що позначається на вартості виробів. Рівень нерівномірності залежить перш за все від самого режиму введення потужності. Найбільш просто і часто реалізується режим, коли збільшення струму пучка відбувається при постійному (робочому) струмі фокусуючої лінзи. Це супроводжується великим винесенням розплавленого металу зі зварювальної ванни з утворенням підсилення, що при перекритті кільцевого шва стає причиною його нерівномірного формування.

Рівномірність формування ділянки перекриття шва підвищується при використанні на початку зварювання збільшеного на 35…40 % робочого значення струму фокусуючої лінзи. Коли струм зварювання зростає до заданого рівня, струм фокусування плавно знижується до необхідного значення. Найкращих результатів по формі валика на початковій ділянці шва досягають, коли ділянка введення потужності пучка розділена приблизно навпіл. На першій половині струм зварювання збільшується від нуля до рівня, який складає 30 % робочого значення. Струм фокусуючої лінзи тут же зростає до рівня, що перевищує робочий струм на 10…12 %. На другій половині ділянки введення потужності пучка струм пучка зростає до робочого значення, а струм фокусуючої лінзи зменшується також до робочого. Така послідовність зміни струмів зварювання та фокусування забезпечує рівномірне формування ділянки перекриття шва і дозволяє призначати мінімальні припуски на механічну обробку виробів після зварювання.

Керування параметрами електронно-променевої установки під час зварювання основної частини кільцевих стиків і на ділянках замикання швів здійснювалося за допомогою програмного забезпечення, написаного в операційному середовищі MS Windows. Режими зварювання, що забезпечують плавне виведення режиму без кореневих дефектів, містять, у залежності від товщини зварюваних виробів, від 15 до 25 окремих ділянок. На кожній ділянці задаються закони зміни струму зварювання і струму фокусуючої лінзи, параметри коливань пучка і їх зміна в часі, довжина ділянки, швидкість зварювання. Таке управління процесом ЕПЗ можна здійснити, наприклад, за допомогою системи управління на базі процесора, сумісного з IBM-РС/AT, розробленої в ІЕЗ ім.Є.О.Патона. Програмне забезпечення дозволяє ефективно підбирати параметри ЕПЗ як для основної частини шва, так і для ділянки його замикання.

Викладені вище положення щодо підвищення стійкості формування швів на сталях великої товщини закладені в основу розроблених і застосованих на фірмах "Framatome" (Франція), WBC та HBC (Китай) технологій ЕПЗ обичайок парогенераторів, посудин високого тиску і трійникових відводів нафто- та газопроводів з товщиною стінки до 150 мм.

Шостий розділ дисертації присвячено дослідженню умов стабільного формування швів при ЕПЗ алюмінієвих сплавів великої товщини. Як і при зварюванні сталевих товстостінних конструкцій, застосовані розроблені способи підвищення стійкості зварювальної ванни: нахил площини стику та гармати, використання розгортки пучка по двох координатах з паралельним перенесенням і з обраною у відповідності з четвертим розділом частотою коливань. конструкція метал коливання зварювання

Опрацьовування технології ЕПЗ алюмінієвого сплаву AG5M товщиною 250…300 мм проводилося з метою створення для фірми "Framatome" промислової технології виготовлення алюмінієвих дзеркал телескопів діаметром до 8 м. Процес ЕПЗ проводили при прискорюючій напрузі 100 кВ та нахилі заготовок та гармати до обрію на кут 11.

За аналогією зі зварюванням сталі великої товщини використовували передню утримуючу планку, встановлену на відстані 10 мм під лінією стику, і задню вивідну планку товщиною 45 мм. Матеріалом утримуючої планки була сталь, а задньої -- сплав AG5M. У всіх експериментах відстань між гарматою і поверхнею зразків підтримували рівною 250 мм.

Перед зварюванням велику увагу приділяли якості підготовки зварюваних кромок. Стиковані поверхні заготовок пелюстків дзеркал розміром 2880х1000х250 мм, а також поверхні, що прилягають до стику, обробляли й очищували у відповідності з прийнятими у практиці зварювання такого класу металів технологіями. Час між шабруванням і зварюванням виробів не перевищував 4 год. Для складання заготовок довжиною 2,88 м та масою 2 т кожна виготовили спеціальний стенд, розміщений у вакуумній камері установки УЛ-193 (Рис.14). Стенд дозволяв змінювати кут нахилу складених зварюваних виробів у межах (10 4).

Зважаючи на велику товщину заготовок, прихватку стику виконували з двох боків, починаючи із середини стику до країв у шаховому порядку при потужності пучка Р = 18 кВт, швидкості зварювання v_зв = 4,2 мм/с. Після цього виконували чищення електронним пучком поверхонь стику при круговій розгортці пучка діаметром 18 мм і швидкості переміщення гармати v_зв = 8 мм/с. На останньому етапі зварювання заготовок дзеркал довжиною 2,88 м здійснювали при потужності пучка Р = 74 кВт і швидкості зварювання v_зв = 4,2 мм/с. Коливання пучка з паралельним перенесенням виконували по пилкоподібній розгортці уздовж шва з амплітудою 6 мм, частотою 180 Гц та синусоїдальній розгортці поперек шва з амплітудою 4 мм і частотою 110 Гц.

Кожне зварне з'єднання проходило ультразвуковий контроль, який показав відповідність якості швів технічним вимогам на виріб. Один з макрошліфів, вирізаних з контрольних швів товщиною 290 мм, показано на Рис.15.

Ефективність розроблених способів впливу на стійкість формування глибоких швів було підтверджено при дослідженні зварюваності нових високоміцних алюмінієвих сплавів, легованих цинком, міддю, скандієм та цирконієм, які використовуються в конструкціях сучасних транспортних і пасажирських літаків. З огляду на перспективність напрямку, підтвердженого технічним завданням фірми "Airbus", досліджували формування швів при ЕПЗ термозміцнених сплавів 7010, 7150, 2024 та С80А (фірма "Аlкоа", США) товщиною до 150 мм. Окрім цього, досліджували зварюваність з'єднань, складених зі сполучень вказаних сплавів, що пояснюється особливостями конструкції крила. Усі роботи виконували по проекту створення європейського аеробуса А-380.

У процесі виконання роботи здійснювали необхідну підготовку зварних з'єднань, їх зварювання, контроль якості швів і оціночні міцнісні випробування. Під час підготовки до зварювання заготовки механічно обробляли до чистоти поверхні не нижче ^3,2 без використання мастильно-охолоджуючих рідин і повністю знежирювали. Перед завантаженням у вакуумну камеру зварювані кромки та прилеглі до них ділянки шириною 15...20 мм піддавали шабруванню, яке забезпечувало повне видалення слідів попередньої механічної обробки. Час між шабруванням та зварюванням у всіх випадках не перевищував 4 год.

Зварювання сплаву 2024 Т351 товщиною 120 мм виконували на такому режимі: U_приск=60 кВ, Р = 29 кВт, v_зв = 6 мм/с. При ЕПЗ сплаву 7010 Т7651 використовували параметри: U_приск = 60 кВ, Р = 25 кВт; v_зв = 4 мм/с. В обох випадках розгортку пучка уздовж стику виконували по пилкоподібному і поперек стику за синусоїдальним законом з частотами 180 та 110 Гц. Амплітуда розгортки для пилки складала 2,7 мм, а для синусоїди -- 1,8 мм.

Візуальний контроль зварних з'єднань не виявив яких-небудь відхилень у формуванні верхніх валиків. Після видалення вивідних планок було замірено ширину проплавлень у кореневій частині швів. Вона дорівнювала 3,0…3,4 мм. Невеликий діапазон значень ширини шва в корені свідчить про високу стабільність процесу ЕПЗ та стійкість зварювальної ванни великої глибини. Контроль якості швів підтвердив їх відповідність вимогам технічних умов.

Були проведені дослідження зварних з'єднань сплавів 2024 Т351 і 7010 Т7651 на втомленісну міцність, статичне розтягання і швидкість поширення втомленісних тріщин .

Дослідження втомленісної міцності зварних з'єднань сплавів 2024 Т351 і 7010 Т7651 проводили при трьох рівнях навантаження для сплава 2024 Т351 і при п'ятьох рівнях навантаження для сплава 7010 Т7651. Зразки сплаву 7010 Т7651, вирізані із зварних з'єднань, при великих навантаженнях руйнуються набагато швидше, аніж зразки, виготовлені з основного металу. Із зменшенням навантаження кількість циклів навантаження зростає як для шва, так і для основного металу і наближається до однакових значень. Однак в області малоциклової утоми, що найбільш характерна для конструкцій літаків, стійкість проти зародження тріщин у шві гірша, ніж в основному металі. Це свідчить про те, що накопичення втомленісних пошкоджень у сплаві 7010 Т7651 відбувається на стадії зародження тріщин і проходить на рівні мікропластичних деформацій.

Сплав 2024 Т351 характеризується тим, що показники утоми зварного з'єднання й основного металу дуже близькі на всіх рівнях навантаження, що свідчить про практично однаковий процес накопичення втомленісних пошкоджень у шві й основному металі.

Результати випробувань на розтягання циліндричних зразків, вирізаних із зварних з'єднань алюмінієвих сплавів 2024 Т351 і 7010 Т7651, наведені в таблиці. Вони свідчать про припустимий рівень знеміцнення досліджуваних швів. Окрім цього, у відповідності з отриманими даними, стійкість зварних з'єднань сплавів 2024 Т351 і 7010 Т7651 проти розтріскування не нижча за аналогічні параметри основного металу.

Проведений комплекс досліджень зварюваності дозволив перейти до зварювання заготовок, виготовлення з них повномасштабних деталей літака та їх випробуванням на міцність. На Рис.16,а наведено загальний вигляд зварених панелей із сплаву 7150, які використовуються для виготовлення елементів крила літака.

Особливістю ЕПЗ нового високоміцного сплаву С80А, що використовується у багатьох вузлах аеробуса А-380, є наявність лікваційних мікротріщин по лінії сплавлення, які виявляються лише при металографічних дослідженнях. Дефект носить технологічний характер, утворюється в

процесі зварювання й обумовлений хімічним складом та структурою основного металу. Мікротріщини зафіксовано в зварних з'єднаннях товщиною 100..130 мм, формування яких та відсутність інших типів дефектів забезпечувалися в результаті використання запропонованих у роботі способів підвищення стійкості швів великої глибини. Процес ЕПЗ виконували при потужності пучка 27 кВт і швидкості зварювання v_зв = 4 мм/с з використанням коливань пучка по двох координатах.

Змінити орієнтацію структури та розмір зерен зварюваного металу з запобіганням утворення лікваційних тріщин удалося шляхом обробки кромок зварних з'єднань способом Friction stir welding на глибину 15 мм по всій довжині стикового з'єднання. Це дало можливість зварити панелі крила літака довжиною 5,7 м та шириною 1,2 м (Рис.16, б).

ВИСНОВКИ

У дисертації отримані такі наукові і практичні результати.

1. На основі теоретичних та експериментальних досліджень гідродинамічних процесів у парогазових каналах великої глибини встановлено, що при зварюванні рівномірно рухомим електронним променем на поверхні розплаву усередині каналу під дією флуктуацій сили реакції віддачі парів утворюються збурення у вигляді капілярних хвиль. Ці збурення мають дискретний спектр коливань, щільність якого зростає зі збільшенням глибини проплавлення. Амплітуда коливань розплаву досягає максимального значення на найменшій дозволеній частоті.

2. Отримано дисперсійне співвідношення для капілярних хвиль на внутрішній поверхні каналів великої глибини. Встановлено, що спектр коливань розплаву складається з набору власних частот _mn, де m позначає моду (вид) коливань, а n -- номер гармоніки коливань, причому великі значення n відповідають більш високим частотам коливань. Показано, що нульова мода m = 0, яка відповідає осесиметричним коливанням розплаву, виявляється нестійкою, починаючи вже з глибин каналу, рівних приблизно його діаметру. Нестійкість нульової моди виявляється в наростанні в часі амплітуди коливань рідкого металу в каналі. У той же час більш високі моди коливань m 1 є стійкими в парогазових каналах будь-якої глибини.

3. Встановлено, що через дисперсію коефіцієнта згасання капілярних хвиль високочастотні гармоніки з n>>1 власних коливань розплаву в парогазовому каналі послабляються сильніше за низькочастотні з n1. У результаті цього визначальною в коливальному процесі є перша гармоніка ₁₁, що має найменшу частоту і найбільшу амплітуду. Низькочастотні коливання розплавленого металу великої амплітуди усередині каналу призводять до нестабільності зварювального процесу і, як наслідок, -- до утворення різного роду дефектів у зварних швах.

4. Теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено, що одним з факторів, які впливають на утворення кореневих дефектів у парогазових каналах глибиною понад 100 мм, є відбиття електронного пучка від довгохвильових коливань поверхні рідкого металу на передній стінці. Подібні коливання розплаву призводять до того, що частка електронного пучка, який досягає дна парогазового каналу, змінюється в ході зварювального процесу, а це призводить до утворення піків проплавлення в зварних з'єднаннях. Амплітудн-частотний аналіз піків проплавлення показав, що частота їх появи в зварних швах з великою точністю збігається з частотою ₁₁ першої гармоніки коливань розплаву в каналі.

5. Показано, що із збільшенням глибини проплавлення внаслідок зменшення хвильових векторів, а також частоти і коефіцієнта згасання для всіх гармонік амплітуда коливань розплаву в каналі збільшується, що призводить до нестабільності зварювального процесу.

6. Показано, що стабільність вертикальних парогазових каналів може бути поліпшена за допомогою поздовжньої (уздовж напрямку зварювання) розгортки електронного променя у вигляді симетричної пилки при ЕПЗ заготовок товщиною до 100 мм у діапазоні частот: f= 100…150 Гц для сталі та f=150…200 Гц для сплавів алюмінію. Використання скануючого електронного променя дозволяє вибірково збуджувати стійку першу моду (m=1) коливань розплаву в парогазовому каналі, подавляти нестійку осесимметричну нульову моду, створювати на стінках каналу збурення у вигляді капілярних хвиль малої амплітуди, що призводить до істотного зниження амплітуди піків проплавлення та кількості кореневих дефектів у зварних швах.

7. Встановлено, що нахил площини стику та електронного променя до обрію на кут, близький до 10, підвищує стабільність парогазових каналів великої глибини за рахунок перетворення власних коливань розплаву з суто капілярних хвиль, характерних для вертикального каналу, у капілярно-гравітаційні. Подібна трансформація коливань рідкого металу в похилому парогазовому каналі призводить до суттєвого збільшення частот найнижчих гармонік коливань, зменшенню амплітуди збурень поверхні розплаву на передній стінці каналу і, як наслідок, -- до підвищення стабільності зварювального процесу в цілому.

8. Запропоновано спосіб розгортки з паралельним переміщенням електронного променя уздовж і поперек напрямку зварювання, що забезпечує сталість кута взаємодії електронів пучка зі стінками парогазового каналу. Це сприятливо позначається на підвищенні стабільності каналу і сприяє зменшенню кількості кореневих дефектів, а також стійкому формуванню зварних швів. Особливо ефективною така розгортка виявляється при зварюванні похилим пучком.

9. При ЕПЗ у похилому положенні низьколегованих сталей товщиною до 150 мм та алюмінієвих сплавів товщиною до 300 мм отримано підтвердження розрахункового діапазону параметрів коливань з паралельним переміщенням електронного пучка уздовж і поперек напрямку зварювання для одержання оптимальних умов формування швів. Установлено, що оптимальна частота поперечної розгортки променя зменшується із збільшенням глибини проплавлення і лежить у діапазоні f=80…100 Гц при ЕПЗ сталі і сплавів алюмінію.

10. Результати теоретичних і експериментальних досліджень покладені в основу розробки технологічних процесів замикання кільцевих стиків при ЕПЗ корпусів парогенераторів, запірної арматури високого тиску, трійникових відводів нафто- та газопроводів з низьколегованих сталей товщиною до 150 мм, а також технології ЕПЗ низки високоміцних алюмінієвих сплавів для з'єднання крилових конструкцій товщиною до 120 мм.

Основні публікації по темі дисертації

1. Нестеренков В.М. Применение сканирующего сварочного электронного луча для устранения корневых дефектов на сталях большой толщины // Автомат. сварка. - 2003. -- №9. -- С.7-12.

2. Нестеренков В.М. Особенности капиллярных волн в парогазовом канале при электронно-лучевой сварке металлов большой толщины // Там же. - 2003. -- № 4. -- С.8-13.

3. Акопьянц К.С., Нестеренков В.М. Назаренко О.К. Электронно-лучевая сварка сталей толщиной до 60 мм с продольными колебаниями луча // Там же. -- 2002. -- № 9-- С.6-8.

4. Назаренко О.К., Нестеренков В.М., Непорожний Ю.В. Конструирование и электронно-лучевая сварка вакуумных камер // Там же. - 2001. -- № 6.-- С.50-52.

5. Нестеренков В.М., Новиков Д.Ю., Кирпач И.П. Структура сварных соединений разнородных сталей при электронно-лучевой сварке // Там же. -- 1991. -- № 11.-- С.17-21.

6. Технология ЭЛС роторов газотурбинного нагнетателя, контроль и измерение их деформаций / В.М. Нестеренков, И.П.Кирпач, Д.Ю.Новиков, В.Я. Порутчиков // Там же. - 1990. -- № 7. -- С.53-57.

7. Назаренко О.К., Нестеренков В.М. Промышленное применение электронно-лучевой сварки // Информ. материалы СЭВ. - 1989. - Вып.2. - С.

8. Патон Б.Е., Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Динамические модели каналов проплавления при электронно-лучевой сварке // Автомат. сварка. - 1988. -- № 1. -- С.1-6.

9. Размагничивание роторов газовых нагнетателей перед электронно-лучевой сваркой / Г.И.Лесков, В.М.Нестеренков, Д.Ю.Новиков, В.Н. Децик // Там же.- 1987. -- № 8. -- С.74-75.

10. Кирпач И.П., Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Деформация дисков ротора газовой турбины при электронно-лучевой сварке // Там же. - 1984. -- № 12.- С.36-39.

11. Нестеренков В.М., Софронов А.А. Исследование свариваемости, механических свойств и структуры соединений стали ЭП428, выполненных электронно-лучевой сваркой // Энергомашиностроение. - 1983. -- № 7.- С.8-11.

12. Нестеренков В.М. Влияние геометрии шва на параметры ионного тока при электронно-лучевой сварке // Автомат. сварка. - 1982.-- № 3. -- С.34-36.

13. Шипицын Б.Н., Нестеренков В.М. Электронно-лучевая сварка шестерен из стали 18Х2Н4МА // Там же. - 1982. -- № 2. -- С.69-70.

14. Лесков Г.И., Нестеренков В.М., Живага Л.И. Потоки плазмы при электронно-лучевой сварке стальных толстолистовых конструкций // Там же. -- 1980.-- № 4.-- С.20-23.

15. Нестеренков В.М., Кравчук Л.А. Выбор параметров вращения пучка по окружности и их влияние на геометрию шва при электронно-лучевой сварке // Там же. - 1981. -- № 10. -- С.25-28.

16. А.с. 776819 СССР, МКИ В 23 k. Способ стабилизации глубины проплавления при электронно-лучевой сварке / Л.А. Кравчук, В.М. Нестеренков. - Не публ.(1980).

17. А.с. 839166 СССР, МКИ В 23 k. Способ электронно-лучевой сварки / Г.И. Лесков, В.М. Нестеренков, Е.Н. Трунов. - Не публ.(1981).

18. А.с. 882082 СССР, МКИ В 23 k. Способ регулирования процесса ЭЛС / Г.В.Буфанов, А.А. Софронов, Ю.Р. Клестов, Г.И.Лесков, В.М. Нестеренков. - Не публ.(1981).

19. А.с. 968939 СССР, МКИ В 23 k. Способ регулирования процесса ЭЛС / Г.Ф.Великанов, А.А.Сафронов, В.М. Нестеренков, А.И. Прозоровский. - Не публ. (1981).

20. А.с. 1035898 СССР, МКИ В 23 k. Устройство для ЭЛС / Г.В.Великанов,

А.А.Сафронов, АИ Прозоровский, В.М. Нестеренков. - Не публ. (1982).

21. А.с. 1037500 СССР,МКИ В 23 k. Электронно-лучевая пушка с системой колебания пучка / С.П.Костенко, В.М. Нестеренков, А.П.Белоусов. - Не публ. (1982).

22. А.с. 1043917 СССР, МКИ В 23 k. Способ регулирования процесса ЭЛС / Г.В.Великанов, А.А.Сафронов, В.М. Нестеренков. - Не публ. (1982).

23. А.с. 1085121 СССР, МКИ В 23 k. Установка для электронно-лучевой сварки / В.М. Нестеренков, Л.Н.Морозенко, В.А. Рагозин. - Не публ. (1983).

24. А.с. 1167828 СССР, МКИ В 23 k. Способ электроннолучевой сварки тел вращения и устройство для его осуществления / В.М. Нестеренков, Л.Н. Морозенко, В.А. Рогозин. - Не публ. (1985).

25. А.с. 1459098 СССР, МКИ В 23 k. Устройство для электронно-лучевой сварки / В.М. Нестеренков, В.А.Рагозин, С.В.Небесный, В.Я.Порутчиков. - Не публ. (1988).

26. А.с. СССР 1408654, МКИ В 23 k. Установка для электронно-лучевой сварки / В.В.Соколов, В.Я.Порутчиков, В.М. Нестеренков . - Не публ. (1988).

27. А.с. 1453765 СССР, МКИ В 23 k. Сварное соединение тел вращения / В.М. Нестеренков, В.В.Соколов, А.С.Зубченко, В.П.Рабинович . - Не публ. (1989).

28. Nesterenkov V., Nazarenko O., Akopyants K Electron Beam Welding of circumferential welds of thick steels // Intern. techn. transfer conf. (ITT 98). -- Jowa (USA), 1998. - P.62-64.

29. Nesterenkov V., Nazarenko O., Akopyants K. Closing of circumferential welds of thick steels // 6th Intern. conf. on welding and melting by electron and laser beams, Cisffel 6. -- Toulon (France), 1998. - P.623-630.

30. Нестеренков В.М. Електронно-променеве зварювання товстостінних конструкцій в енергетичному машинобудуванні // Зварювання в енергетиці. -- Київ, 1996.-- С.8.

31. Electron beam welding of structures for medical and power engineering industry / V. Nesterenkov, V. Kudlaj, L. Kravchuk, V.Zharkov // Joint symposium New technologies and possibilities of materials science. -- Tampere, 1991.-- P.21-29.

32. Электронно-лучевая сварка теплоизолирующих корпусов хирургического криоинструмента / В.М.Нестеренков, В.А.Кудлай, В.Н.Березовский и др. // XI Всесоюз.науч.-техн.конф. по электронно-лучевой сварке. - Николаев,1991.-- С.44-45.

33. Техника и технология электронно-лучевой сварки сталей толщиной до 200 мм /В.М.Нестеренков, О.К.Назаренко, В.Е.Локшин, С.К.Пацьора // 3-rd Intern. сonf. on electron beam technologies. - Varna, 1991. -- P. 302-311.

34. Electron beam welding of up 200 mm their steel parts / V. Nesterenkov, O. Nazarenko, V. Lokchin, S. Pazora // 3th Intern. conf. “Strahltechnik” in Karlsruhe am 13 und 14 Merz, DVS.- Berichte Band, 1991. - P.104-108.

35. Technology and equipment for electron beam welding of power engineering components / V.Nesterenkov, A.Kaydalov, D.Novikov, I. Kirpach // Second Intern. сonf.: Power beam technology. -- Stratford-upon-Avon (UK), 1990. -- P.171-179.

36. Beam technologies for modifying and cladding of surfaces / O.Velichko, A.Kaidalov, O.Nazarenko, V.Nesterenkov // Joint symposium Electron beam and coating technologies in materials science. -- Tampere, 1989.--P.33-40.

37. Nazarenko O., Nesterenkov V. Application of electron beam welding in industry // Ibid. -- Tampere, 1989.-- P.185-206.

38. Нестеренков В.М., Новиков Д.Ю., Кирпач И.П. Технология ЭЛС роторов газовых турбин и измерение возникающих деформаций // Х Всесоюз. конф. по электронно-лучевой сварке. -- Киев, 1988. - С..86-87.

39. Нестеренков В.М., Новиков Д.Ю., Небесный С.В. Особенности структурных превращений при ЭЛС разнородных сталей // Там же.-1988. -- С.43.

40. Leskov G., Nesterenkov V. Plasma processes in EBW and their applications in welding // Intern. power beam conf. -- San Diego,1988. - P.123-125.

41. Нестеренков В.М., Кравчук Л.А. Выбор параметров вращения пучка по окружности и их влияние на геометрию шва при электронно-лучевой сварке // Междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям. -- Варна, 1988. -- С.502-508.

42. Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Управление электронными пучками по параметрам плазмы // Там же. -- Варна, 1988.-- С.106-112.

43. Нестеренков В.М., Новиков Д.Ю., Небесный С.В. Особенности структуры соединений из сталей 20Х12ВНМФ и 20ХН3МФА, выполненных электронно-лучевой сваркой // Разработки и внедрения прогрессивных способов сварки и наплавки в машиностроении: Сб. науч. тр. -- Алма-Ата, 1988. -- С.8-10.

44. Нестеренков В.М., Рагозин В.Н. Управление процессом электронно-лучевой сварки роторов газовых турбин // Автоматическое управление технологическим процессом электронно-лучевой сварки: Сб. науч. тр. -- Киев: ИЭС им. Е.О.Патона, 1987.-- С.124-127.

45. Децик В.Н., Децик Н.Н., Нестеренков В.М. Проблемы борьбы с остаточной намагниченностью при ЭЛС ротора газового нагнетателя // Электронно-лучевая сварка. -- М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. -- С.107.

46. Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Способы управления процессами формирования швов при ЭЛС // Междунар. конф. по электронно-лучевым технологиям. -- Варна, 1985. - С.606.

47. Лесков Г.И., Нестеренков В.М., Живага Л.И. Технологические особенности однопроходной ЭЛС металлов толщиной 50…130 мм // Приложение к отчету о работах, проводившихся в ИЭС им. Е.О. Патона в 1979-1980 гг. по теме 1-13.3. -- Киев,1981.-- С.1-16.

48. Нестеренков В.М. Электронно-лучевая сварка стали ЭП428 // Разработка и внедрение передовых технологических процессов и оборудования в сварочном производстве. -- Караганда,1982. -- С.44-46.

49. Лесков Г.И., Нестеренков В.М. Ионный ток плазмы как характеристика процесса ЭЛС металлов большой толщины // 7-я Всесоюз. конф. по электронно-лучевой сварке. - Киев, 1981. - С.9-11.

Аннотация

Нестеренков В.М. Теория и практика устойчивого формирования швов при электронно-лучевой сварке металлов большой толщины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.06 - Сварка и родственные технологии. - Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, г. Киев, 2004 г.

Диссертация посвящена исследованию физических процессов в парогазовых каналах при ЭЛС металлов большой толщины, определению условий устойчивого формирования глубоких швов и разработке технологических процессов сварки ряда изделий ответственного назначения. Проведены теоретические и экспериментальные исследования собственных колебаний расплавленного металла сварочной ванны.

Показано, что при сварке металлов равномерно движущимся электронным лучом под действием силы реакции давления отдачи, возникающей в результате взаимодействия электронного пучка с передней стенкой канала, на поверхности расплава образуются капиллярные волны, имеющие дискретный спектр собственных частот, плотность которого возрастает с увеличением глубины проплавления. Установлено, что из-за дисперсии коэффициента затухания капиллярных волн самой долгоживущей оказывается первая гармоника собственных колебаний расплава, имеющая наименьшую частоту и наибольшую амплитуду. Нулевая мода, отвечающая осесимметричным колебаниям расплава, оказывается неустойчивой, начиная с глубин канала порядка его диаметра. Неустойчивость нулевой моды проявляется в нарастании во времени амплитуды колебаний жидкого металла в канале. Подобные низкочастотные колебания расплава, наблюдаемые в парогазовых каналах большой глубины, приводят к нестабильности сварочного процесса и образованию различного вида дефектов в швах.

Анализ собственных колебаний расплавленного металла в парогазовых каналах дал возможность определить технологические приемы, позволяющие достичь устойчивого формирования швов большой глубины. Применение развертки в двух плоскостях с параллельным переносом электронного луча, выбор требуемых диапазонов частот колебаний луча и скоростей сварки, изменение пространственной ориентации стыка позволяют получать высококачественные сварные соединения металлов толщиной 150 мм и выше.

На основе теоретических исследований разработаны параметры технологических процессов ЭЛС кольцевых стыков корпусов парогенераторов, запорной арматуры высокого давления, тройниковых отводов нефте- и газопроводов из низколегированных сталей толщиной до 150 мм, а также параметры ЭЛС ряда высокопрочных алюминиевых сплавов для соединений крыльевых конструкций толщиной до 120 мм.

Ключевые слова: электронно-лучевая сварка, большая толщина, собственные колебания, устойчивое формирование, технология.

Нестеренков В.М. Теорія та практика стійкого формування швів при електронно-променевому зварюванні металів великої товщини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук зі спеціальності 05.03.06 - „Зварювання і споріднені технології”. - Інститут електрозварювання ім.Є.О.Патона НАН України, м.Київ, 2004 р.

Дисертація присвячена дослідженню фізичних процесів у парогазових каналах при ЕПЗ металів великої товщини, визначенню умов стійкого формування глибоких швів і розробці технологічних процесів зварювання ряду виробів відповідального призначення. Наведені теоретичні і експериментальні дослідження власних коливань розплавленого металу зварювальної ванни.

Показано, що при зварюванні металів променем, що рівномірно рухається, під дією сили реакції тиску віддачі, що виникає внаслідок взаємодії електронного променя з передньою стінкою каналу, на поверхні розплаву утворюються капілярні хвилі, які мають дискретний спектр власних частот, густина якого зростає зі збільшенням глибини проплавлення. Встановлено, що через дисперсію коефіцієнта згасання капілярних хвиль найбільш довготривалою виявляеться перша гармоніка власних коливань розплаву, яка має найменшу частоту і найбільшу амплітуду. Подібні низькочастотні коливання розплаву, що спостерігаються в експериментах у парогазових каналах великої глибини, ведуть до нестабільності зварювального процесу і утворення різного виду дефектів в швах.

Аналіз власних коливань розплавленого металу в парогазових каналах дає можливість визначити технологічні прийоми, що дозволяють досягнути стійкого формування швів великої глибини. Застосування розгортки в двох площинах з паралельним переносом електронного променя, вибір потрібних діапазонів частот коливань променя і швидкостей зварювання, зміна просторової опрієнтації стику дозволяють отримувати високоякісні зварні з'єднання металів товщиною 150 мм і більше.

На основі теоретичних досліджень розроблені параметри технологічних процесів ЕПЗ кільцевих стиків корпусів парогенераторів, запірної арматури високого тиску, трійникових відводів нафто- та газопроводів з низьколегованих сталей товщиною до 150 мм, а також параметри ЕПЗ низки високоміцних алюмінієвих сплавів для з'єднань конструкцій крила товщиною до 120 мм.

Ключові слова: електронно-променеве зварювання, велика товщина, власні коливання, стійке формування, технологія.

Nesterenkov V.M. Theory and practice of stable welds formation in electron beam welding of thick metal. - Manuscript.

Thesis for the degree of Doctor of Science in Engineering on speciality 05.03.06 - Welding and Allied Technologies. - E.O.Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine, Kiev, 2004.

The thesis is devoted to studying the physical processes in keyholes at EBW of thick metal, determination of the conditions of stable formation of deep welds and development of technological processes of welding a number of critical items. Theoretical and experimental investigations have been conducted of natural oscillations of molten metal of the weld pool.

It is shown that in welding of metals by a steadily moving electron beam, the impact of the reaction force of recoil pressure, resulting from the electron beam interaction with the channel front wall, generates capillary waves on the melt surface, which have a discrete spectrum of natural frequencies, where the density rises with increase of penetration depth. It is established that because of dispersion of the coefficient of attenuation of capillary waves, the first harmonics of natural oscillations of the melt, which has the lowest frequency and greatest amplitude, turns out to be the most long-lived component. Such low-frequency oscillations of the melt, observed in deep keyholes during the experiments, lead to instability of the welding process and formation of various kinds of defects in the welds.

Analysis of natural oscillations of molten metal in the keyholes enabled determination of the techniques, which provide a stable formation of deep welds. Application of scanning in two planes with parallel transfer of the electron beam, selection of the required ranges of beam oscillation frequency and welding speeds, change of spatial orientation of the butt enables sound welded joints to be made on metals of 150 mm and greater thickness.

The paper theoretically substantiates and experimentally confirms that one of the factors influencing root defect formation in keyholes deeper than 100 mm, is electron beam reflection from long-wave oscillations of liquid metal surface on the front wall. The lowest frequency oscillations of the melt have the highest amplitude, their wave length being equal to approximately that of penetration depth. At such oscillations the effective angle of interaction of the electron beam with the melt surface on the front wall will vary during the welding process with the frequency, equal to that of natural oscilla-tions of the melt in the keyhole. As the minimum angle of inclination of the keyhole front wall in weld-ing of thick metal is not greater than 2° the intensity of the electron beam, reflected from the front wall will be approximately by 1.5 times higher than at normal incidence of the beam on the metal surface. With a very small angle of incidence of the elec-tron beam on the front wall of the keyhole, even small variations of angle may cause considerable changes of the intensity of the reflected beam.

The practice shows well that with the increase of the effective angle the reflected electrons hit the back wall of the keyhole, while at decrease of angle a considerable part of the electrons reaches its root. It is obvious that direct penetration of part of the elec-trons into the keyhole root leads to evolution of ther-mal energy on the keyhole bottom, and, therefore, also to increase of the local penetration depth. Thus, the depth of penetration varies during the welding process with a frequency, equal to that of natural oscillations of the melt in the keyhole.

Similar disturbances of the liquid metal surface in the keyhole certainly have a great influence on de-velopment of root defects, as in the first case the keyhole lower part is shielded, and in the second the greater part of energy of the reflected electron beam hits the root of the keyhole. Amplitude analysis of the penetration peaks demonstrated that the frequency of their appearance in welds rather accurately coincides with that of the first harmonics of melt oscillations in the keyhole.

A method is suggested of scanning with parallel displacement of the electron beam along and across the welding direction, this providing a constant angle of interaction of the beam electrons with the keyhole walls. This is favourable for improving the keyhole stability and leads to a smaller number of root defects and stable formation of welds. Such a scanning turns out to be particularly effective in welding with an inclined beam.

Theoretical investigations were the basis to develop parameters of the processes of EBW of circumferential butt joints in steam generator cases, high-pressure stop valves, T-joints for oil and gas pipelines of low-alloyed steels up to 150 mm thick, as well as parameters of EBW of a number of high-strength aluminium alloys to join wing structures up to 120 mm thick.

Keywords: electron beam welding, great thickness, natural oscillations, consistent formation, technology.

Размещено на Allbest.ru