Радиационно-акустическое взаимодействие импульсных пучков электронов с металлами

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

Для оценки адекватности модели определяли ошибку модели сопоставлением расчётных результатов с экспериментальными данными. Проводили нагрев образцов с наложением УЗК частотой 2 МГц, интенсивностью 1узк = 2 105 Вт/м-2 из сплава алюминия АМг6 и фторопласта-4 диаметром 18 мм, толщиной фторопласта-4 81 = 1,7 мм, толщиной металлического корпуса 82 = 3,4 мм со скоростью ун = 0,09 К /с. Запись температуры вели с помощью потенциометра КСП-4. Эксперименты повторяли 5 раз при неизменных параметрах режима сварки.

Различие расчетных и экспериментальных значений температуры не превышало 12 %. Значимость расхождения оценивали по критерию Фишера, значение которого равно 3,217 и соответствует доверительной вероятности (Р > 0,95) того, что расхождение результатов расчетов с экспериментальными данными незначимо.

Расчеты показали, что наложение УЗК вызывает заметное уменьшение времени прогрева. Полученные

зависимости позволяют расчетным путем определять необходимое время прогрева при изменении геометрических размеров свариваемых деталей и параметров процесса.

Разработанная математическая модель позволяет определить с высокой точностью изменение температуры по всему сечению свариваемых поверхностей деталей при одновременном приложении высокочастотных УЗК, производить расчет температурных полей при сварке различных сочетаний материалов, управлять процессом нагрева и снизить трудоемкость расчета.

Библиографическая ссылка

1. Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И. и т. д. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки / под общ. ред. В. А. Бачина. М. : Машиностроение, 1991. 352 с.

© Бобоед А. А., Фролченков И. С., 2013

УДК 621.791.763

Д. С. Ковалев, А. С. Мухин Научный руководитель - В. В. Богданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

РАДИАЦИОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ

ЭЛЕКТРОНОВ С МЕТАЛЛАМИ

Рассмотрен механизм генерации акустических волн в твердых телах импульсными пучками электронов. Указаны условия возбуждения акустических колебаний в металлах.

Основную роль в генерации акустического излучения в металлах при умеренных плотностях тока заряженных частиц играет термоупругий эффект. Поэтому источником некогерентного акустического излучения является область тепловых источников, обусловленная ионизационными потерями энергии электронами в результате их взаимодействия с металлами, которая описывается макроскопической функцией D( г , г), являющейся плотностью распределения поглощенной энергии.

Значительная разница между временем диссипации энергии релятивистской заряженной частицы в конденсированной среде (10-11 ^10-12 с) и длительностью импульса тока большинства ускорителей электронов (10-6 ^ 10-9 с) позволяет разделить пространственные и временные переменные в функции D( г , 0 и представить ее в следующем виде [1]:

г

D(r,t) = I0D0 (г)\](т)сТ

0

где D0( Г) - пространственное распределение плотности поглощенной энергии; Г - радиус-вектор в зоне взаимодействия пучка заряженных частиц с мишенью; г - текущее время; _/(т) - функция, описывающая изменение импульса тока ускорителя во времени; 10 -среднее значение плотности тока.

Теоретическое рассмотрение процесса генерации УЗ колебаний в твердом теле удобно проводить в терминах механических смещений частиц среды в акустической волне. Известно, что в общем случае вектор смещения частиц конденсированной среды можно представить в виде:

U

где Ue - вектор смещения частиц среды в продольной акустической волне; Ut - вектор смещения частиц среды в поперечной акустической волне.

Вектор Ue смещения частиц среды в продольной акустической волне можно выразить через скалярный потенциал ф (r , t):

Ue

а вектор смещения частиц среды в поперечной акустической волне - через векторный потенциал r , t):

W(r, 0 Ue (r, t) = rot i

В большинстве практических ситуаций можно пренебречь диффузией тепла из зоны взаимодействия в необлученную область. Это возможно в том случае, когда длительность импульса облучения, равная дли-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

тельности импульса тока ускорителя заряженных частиц т0, много меньше характерных «тепловых времен», определяемых следующим образом:

те =1о/4х, т?=«2/4х,

где 10 - максимальная глубина проникновения частиц пучка в материал мишени, однозначно связанная с энергией заряженных частиц; а - характерный радиус пучка заряженных частиц.

Для большинства современных ускорителей длительность импульса тока т0 лежит в интервале 10-9

-Н0-6 с, в то же время, как та и тет находятся в пределах 10-6 - 10-4 с и таким образом, условие т0 « тТ и тТ заведомо выполняется. В случае, когда т0 » тТ

и те эффективность возбуждения акустических колебаний резко падает и рассматриваемый процесс сводится к обычному тепловому расширению твердого тела [2].

Библиографические ссылки

1. Бирюкова Н. П., Жуков В. К., Симанчук В. И. и др. Генерация ультразвуковых колебаний в металлах импульсными электронными пучками наносекундной длительности // Технология : науч.-техн. сб. ЦНТИ «Поиск», 1989. Вып. 7, С. 63-66.

2. Лямшев Л. М. Радиационная акустика. М. : Наука : Физматлит, 1996. 304 с.

© Ковалев Д. С., Мухин А. С., 2013

УДК 621.791.763

Д. С. Ковалев, П. В. Тимошев Научный руководитель - В. В. Богданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАДИАЦИОННО-АКУСТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Приведено описание экспериментальной установки и результаты исследования по генерации акустических колебаний в металлах импульсными пучками электронов.

Для экспериментальных исследований параметров акустического излучения генерируемого импульсными пучками электронов в металлах была разработана установка, блок-схема которой приведена на рис. 1. В качестве источника заряженных частиц использовался малогабаритный сильноточный импульсный ускоритель, смонтированный на базе рентгеновского аппарата МИРА-2Д. Для получения наносекундных импульсов быстрых электронов использовалась промышленная малогабаритная трубка ИМАЗ-150Э, отличительной особенностью которой, по сравнению с рентге-

новскими трубками, является тонкостенное (0,1-0,2 мм) бериллиевое окно, предназначенное для выпуска электронов в атмосферу.

Установка работает следующим образом. Электронный импульс, генерируемый сильноточным ускорителем 1, сбрасывается на мишень 2 в виде диска, выполненного из токопроводящего немагнитного металла. Диаметр мишени выбирался из условия устранения влияния на результаты измерений краевых эффектов, возникающих при переотражении акустических сигналов у краев мишени.

Рис. 1. 1 - ускоритель; 2 - мишень; 3 - пьезодетектор; 4, 5 - осциллографы