ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Авторы
Осипенко А.И.(1), Костарев И.С.(1)
Организации
(1) Акционерное Общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Сессия
Теория и моделирование физических процессов
Форма представления
Устный
Место работы научного руководителя
Акционерное Общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Научный руководитель
Костарев И.С.
Текст тезисов
УДК 662.761.8.074.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Осипенко А. И., Костарев И.С.
Акционерное общество
«Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск

Сварочный процесс – один из многих, к которому в космической отрасли предъявляются жесткие требования. От его качества зависят герметичность, функциональность и надежность как космического аппарата (КА), так и входящих в его состав блоков и устройств. Например, при создании электромеханических исполнительных органов (ЭМИО) особое внимание уделяется выполнению электронно-лучевой сваркой сварного соединения кожуха и корпуса, образующих гермокамеру. Учитывая, что кожух толщиной 2 мм выполнен из алюминиево-магниевого сплава, необходимо подобрать такой режим сварки, при котором не произойдет изменения его толщины и габаритов, а полученный шов между кожухом и корпусом будет ровным, герметичным и выдержит все механические нагрузки.
Для определения оптимального режима сварки и прогнозирования распределения тепловых полей в ЭМИО при электронно-лучевой сварке наиболее удобным инструментом является математическое моделирование, которое позволяет ускорить процесс оптимизации и сократить издержки на проведение экспериментов.
Цель исследования заключается в разработке методики моделирования сварочных швов, которая позволит выбрать оптимальные параметры электронно-лучевой сварки: скорость движения, ток луча, его диаметр, ускоряющее напряжение.
Объектами исследования являются кожух и корпус ЭМИО, зафиксированные медным ободом и установленные в оправку, показанные на рисунке.

Модель для исследования сварного шва:
1 – корпус; 2 – обод; 3 – оправка; 4 – кожух

Сварка кожуха и корпуса осуществляется в вакууме 10–2 мм рт. ст. пучком диаметром 0,25 мм при температуре твердого тела 22 oС. Методика математического моделирования сварки заключается в том, что для имитации сварочного процесса в модель установки в месте сварки добавлены элементы 0,25х0,25 мм, соответствующие размерам реального пучка. Для каждого элемента задавалась объемная мощность, их включение происходило последовательно по часовой стрелке. Время включения одного элемента соответствовало времени воздействия пучка в зависимости от его мощности. В связи с симметричностью модели и для сокращения времени расчета исследование проводилось только для 1/7 ее части (с радиальным углом 15˚), так как данной части достаточно, чтобы установились режим и картина распределения температуры. Так как теплопередача на границе модели и вакуума отсутствует, для исключения обратной теплоотдачи считалось, что энергия пучка электронно-лучевой сварки распространяется в течение времени 0,04 с.
В результате проведенных исследований можно сказать, что предложенная методика моделирования электронно-лучевой сварки позволяет спрогнозировать распределение температуры в составных частях ЭМИО и подобрать наиболее оптимальный вариант режима исходя из скорости движения пучка, его мощности, температуры и глубины проплавления кожуха и корпуса, исключающих деформацию элементов конструкции.