книги / Электронно-лучевая сварка и смежные технологии

междоменных границ справедливо при достижении в ферро­ магнетике поля

где к — коэффициент, который для конструкционных сталей состав­ ляет 1,4-1,7.

Начальную амплитуду рабочего тока электрофизической обра­ ботки, обеспечивающего общее размагничивание конструкции, определяют по формуле

(155)

где К — коэффициент, равный 3-5 в зависимости от характеристик стали; Нс — коэрцитивная сила стали, А/м; Р — периметр попе­ речного сечения конструкции, перпендикулярного к оси протека­ ния тока между токоподводами, м.

Протекание электрического тока по толще конструкции сопро­ вождается замыканием магнитного потока в ферромагнетике, по­ этому для направления действия рабочего поля /-^(циркулярного) коэффициент размагничивания N, учитывающий конечный размер конструкции относительно внешнего магнитного поля, равен нулю, чем и объясняется высокая эффективность нового способа элект­ рофизической обработки.

Показано, что действие поля Нц своего направления обеспечи­ вает при электрофизической обработке конструкции для направ­ ления действия внешнего формирующего поля Н_ безгистерезисное перемагничивание ферромагнетика в соответствии с уравне­ нием перемагничивания

(156)

где h_— критическое поле, представляющее собой значение внеш­ него поля i—го домена, необходимого для необратимого смеще­ ния границ домена; h_ — поле смещения или внутреннее поле на границе i—го домена в- отсутствии внешнего магнитное поле; Нц — рабочее магнитное поле при электрофизической обработке фер­ ромагнетика; Н_ — внешнее постоянное (формирующее) магнит­ ное поле; та — коэффициент, учитывающий изменение полей h= при растяжениях (m ^ d ) и сжатиях (та > 1).

Исследования показали, что при протекании тока вдоль оси х распределение плотности рабочего тока/вблизи токоподводов нео­ днородно, его определяет составляющая jx и jy. В средней части

поля отдельных деталей, подлежащих сварке, трудно предсказать направление результирующего поля при сборке стыков и его воз­ действие на электронный пучок. Это связано с тем, что результи­ рующий магнитный поток зависит от способа стыковки деталей. Например, если у соединяемых деталей составляющие остаточ­ ной магнитной индукции перпендикулярны линии стыка и противо­ положно направлены, то индукция результирующего поля направ­ лена параллельно к линии стыка и, наоборот, если они направле­ ны в одну сторону, то результирующая индукция поля сохраняет это направление. В работе [112] отмечается, что при одинаковом направлении составляющих индукции поля отдельных деталей ре­ зультирующая индукция в зазоре равна их сумме, а при противо­ положном — полусумме. Однако эти количественные оценки не совпадают с результатами, полученными в других работах [79,91].

Магнитное поле при сварке распределено неравномерно, и от­ клонение электронного пучка изменяется в зависимости от зна­ чений индукции в канале проплавления и над ним. Поведение электронного пучка при сварке намагниченного изделия харак­ теризуется тем, что его отклонение в основном происходит над поверхностью изделия, т. е. за счет магнитных полей рассеяния между изделием и электронной пушкой. Отклонение электрон­ ного пучка в магнитном поле также возрастает по мере увеличе­ ния толщины свариваемого металла и при снижении ускоряюще­ го напряжения.

Допустимы е уровни остаточной намагниченности деталей рассчитывают предварительно на образцах по предельному откло­ нению электронного пучка в зависимости от толщины свариваемых деталей и ускоряющего напряжения. Считают, что при сварке металлов средней и малой толщины допустимый уровень остаточ­ ной магнитной индукции в стыке не должен превышать 0,5 мТл [79, 112,22,29]. Однако анализ приведенных работ показывает, что раз­ личные количественные оценки плотности магнитного потока в сты­ ке и неоправданно завышенные значения допустимых уровней сви­ детельствуют о том, что при подготовке деталей к сварке применя­ емые в настоящее время средства и методы измерений парамет­ ров слабых магнитных полей не отличаются высокой точностью.

При разработке методики определения допустимых значений остаточной магнитной индукции подготовленных к сварке деталей в экспериментах использовали магнитометр МХ-10 (предел изме­ рения 0,1-19 мТл; разрешающая способность 0,01 мТл; предел до­ пускаемой основной погрешности измерения Д=0,05(1+Ви), мТл,

где в и — измеренное значение магнитной индукции, мТл). Иссле­ довали плоские образцы толщиной до 40 мм из стали 30 после тер­ мической обработки (закалка от 850 °С в воде) (рис. 67) и намаг­ ничивания в постоянном магнитном поле соленоида. На образцах выполняли пазы размером 40x4,5x3,2 мм под выносной щуп с пре­ образователем Холла магнитометра М Х -10. Щ уп закрепляли на измерительной стойке, что позволяло проводить измерения состав­ ляющей магнитного поля всегда в одном направлении при пере­ мещении преобразователя по толщине образцов. Однако при ис­ пользовании приборов с датчиками Холла измерения продольной к стыку составляющей поля могут быть проведены только на опреде­ ленном расстоянии от соединяемых поверхностей. Для данного при­ бора МХ-10 это расстояние составляет 4,25 мм (половина ширины щупа). Поэтому измерения проводили как при расположении щупа в пазу (рис. 67, а), так и на поверхности стыка (рис. 67, б). При этом допускали, что в первом случае значение индукции поля со­ ответствовало его значениям, измеренным на стыкуемой поверх­ ности образца без паза. Затем образцы соединяли и измеряли ин­ дукцию в зависимости от ширины зазора в стыке и направления вектора остаточной магнитной индукции (рис. 68). Ш ирина зазора при измерениях составляла 0-12 мм.

После этого в зазоре между образцами пропускали электрон­ ный пучок малой мощности (сила тока пучка 10 мА, ускоряющее напряжение 30 и 40 кВ) и получали след на немагнитной подложке из стали 12Х18Н10Т. Затем образцы удаляли и получали второй след при отсутствии магнитного поля. По расстоянию между полу-

ченными следами определя­ ли отклонения электронного пучка по длине зазора (рис. 69), которые сравнива­ ли с отклонениями, получен­ ными для измеренных зна­ чений индукции магнитного поля по следующим соотно­ шениям:

%~ (е р /д )1 Ц Ъ & в у

-в у( 1 < 2)];

Ц '= (ер/д)[-Ч рг+

+ ^ В у)-В у(1+^ г)], (158)

ГД е ^ х> L , V L — произ­ водные отклонения электро­

на в соответствующем на­ правлении по координате z;

равный mv {т — масса элек­ трона, v — модуль вектора скорости электрона, равный

{2 e U y J m )^ -E x, Ву,В 2- с о ­ ставляющие индукции маг­ нитного поля, действующие на электрон.

Выражения (158) пред­ ставляю т собой систем у дифференциальных уравне­ ний второго порядка, реше­ ние которых проводили чис­ ленно.

Образцы сваривали на следующих режимах: ускоряющее нап­ ряжение 40 кВ, сила тока электронного пучка 230 и 250 мА, ско­ рость сварки 2,8 мм/с. Затем по шлифам определяли отклонение электронного пучка в корне сварного шва. Для указанных режимов

висимость между индукцией на стыкуемой поверхности детали и индукцией на расстоянии 4,25 мм, измеренной с помощью прибора MX—10 (рис. 71), с достаточной степенью точности можно описать линейной функцией вида

нитного поля в зазоре между ними и изменение результирующей составляющей магнитного поля. В данном случае магнитную ин­ дукцию в зазоре определяет сочетание направлений и абсолют­ ных значений намагниченности каждого из образцов [91]. Макси­ мальная плотность магнитного потока при соединении образцов наблюдается, если направления векторов намагниченности соеди­ няемых деталей совпадают, причем индукция поля в стыке при нулевом зазоре может быть представлена как

(161)

где е ^ и В°2— соответственно индукция на стыкуемых поверхнос­ тях соединяемых деталей; к — коэффициент пропорциональности или коэффициент ослабления поля в стыке.

Сопоставление экспериментальных значений индукции магнит­ ного поля в стыке после сборки деталей показывает, что к=0,6-0,8 (рис. 72). Эти значения хорошо согласуются с данными, получен­ ными в работе [91].

В свою очередь, увеличение ширины зазора приводит к сниже­ нию индукции поля, при этом изменение ее значений вдоль цент­ ральной линии стыка может быть приближенно выражено соотно­ шением