Analytical and numerical methods for calculation the deep of penetration the welding seam formed by the electron beam generated by glow discarge electron guns

Abstract

Розглянуто проблему визначення фокального діаметра електронного пучка, який формується газорозрядною електронною гарматою, а також необхідного тиску в камері гармати для реалізації процесу зварювання. Зважаючи на те, що газорозрядні електронні гармати широко використовують у промисловості для зварювання різних металів, а також на те, що для забезпечення високої якості зварювальних з’єднань вкрай важлива оцінка енергетичних параметрів електронного пучка, запропоновані методи вельми важливі для подальшого ефективного розроблення нових газорозрядних електронних гармат для специфічних технологічних операцій. За умови відомого фокального діаметра електронного пучка та термодинамічних параметрів зварюваних деталей оцінені глибина проникнення зварювального шва та необхідний тиск у розрядній камері. Загалом два запропоновані методи ґрунтуються на аналітичному розв’язуванні простого рівняння та на чисельному розв’язуванні складного нелінійного рівняння. Також у статті наведено результати моделювання, отримані з урахуванням та без урахування просторового заряду електронного пучка.

The article is devoted to the problem of defining the focal diameter of electron beam, formed by the glow discharge electron guns, as well as the necessary pressure in the gun chamber for realising the welding process. Taking into account, that glow discharge electron guns are widely used in industry for welding of different metals, and that for providing the high quality of welding joints estimation of energetic parameters in beam focus is very important, proposed methods are very important for effective elaboration and designing of the novel glow discharge electron guns constructions for specific technological operations. With known focal beam deameter and thermodinamic parameters of welding details material the deep of penetration of welding seam, as well as the necessary pressure in discharge chamber have been estimatied. Two proposed methods are generally based on the analytical solving of explite equation and on numeracal solving of sophisticated non-linear equation. Obtained simulation results with and without taking into account the spsace charge of own beam electrons are also given.