Материал: Управление электронно-лучевой сваркой
На рис. 3.1 показана диаграмма пространственного распределе ния интенсивности рентгеновского излучения при различных углах падения электронного пучка [192].
Рис. 3.1. Диаграмма пространственного распределения интенсивности рентгеновского излучения: угол падения пучка: о - 90°, • -45°
Из этих диаграмм видно, что при угле падения пучка на поверх ность детали, равном 90°, диаграмма распределения имеет характер окружности. Отклонение диаграммы от круговой может быть объясне но ослаблением излучения материалом мишени.
Для определения влияния на интенсивность рентгеновского из лучения угла падения пучка относительно поверхности обрабатывае мой детали авторами настоящей работы были проведены эксперимен тальные исследования. Схема эксперимента изображена на рис. 3.2.
Датчик
Рис. 3.2. Схема эксперимента по определению зависимости интенсивности рентгеновского излучения от угла падения луча
Обрабатываемая деталь с полированной поверхностью установ лена на механизме поворота, ось вращения которого совпадает с точ кой падения пучка на обрабатываемую поверхность. Угол поворота контролировался датчиком угла. Рентгеновский датчик устанавливался под углом 45° к падению пучка.
На рис. 3.3 изображена зависимость относительно изменения интенсивности рентгеновского излучения от угла падения пучка. Из этой зависимости видно, что существенное снижение интенсивности рентгеновского излучения начинает сказываться при углах падения пучка относительно поверхности обрабатываемой детали меньше 15°. Эта зависимость интенсивности от угла падения пучка используется при составлении математической модели датчика стыка.
Рис. 3.3. Зависимость относительного изменения интенсивности рентгенов ского излучения от угла падения электронов на обрабатываемую поверхность:
о - экспериментальные данные; — аппроксимация формулой 2,762 sin©-1,762 sin2©
3.1. Математическая модель рентгеновского датчика положения стыка
Учитывая, что плотность тока пучка распределена на поверхно сти обрабатываемой детали неравномерно и на поверхности детали имеют место неоднородности типа стыка соединения, приводящие к изменению интенсивности рентгеновского излучения, с учетом выра жений (3.1), (3.9) можно записать интенсивность рентгеновского излу чения, попадающего на рентгеновский датчик, в следующем виде [105]:
J A=KaKxZInUl J \K 2{x,y)jn(x,y)dxdy,
-oo -oo
где Ко - коэффициент пропорциональности; К\ - коэффициент, учиты вающий позицию датчика (cp, a, R) в сферических координатах; К2 - коэффициент, учитывающий неоднородность материала свариваемого изделия (наличие стыка); уп - нормированная плотность распределения тока пучка на поверхности детали в координатах х и у.
Разместим начало координат в середину стыка и ориентируем ось 0Y параллельно стыку деталей. Учитывая, что плотность распреде ления тока пучка можно представить нормальным законом, запишем:
J |
, |
(*-<=*)2 |
(^ еУ>2 |
|
K0KXZU0I„ |
2о? dxJ e |
2о? ^ |
(3.10) |
|
|
аха у2п |
4 |
|
|
где £х, Еу - координаты математического ожидания электронов по осям X |
||||
и У; стх, оу - |
среднее квадратическое отклонение электронов от центра |
|||
пучка по осям X и У.
Для того чтобы на точность определения положения стыка в значительной степени не сказывалось превышение кромок сваривае мых деталей, рентгеновский датчик необходимо устанавливать сим метрично стыку. Схема размещения рентгеновского датчика изображе на на рис. 3.4. В общем случае датчик установлен в плоскости стыка под углом ср к поверхности свариваемых деталей.
Вэтом случае на участках
-oo^x< -0,5A s,l
0,5fts й х £ oo, J
можно принять Кг - 1.
На участке -0,5hs < х< 0,5hs значение коэффициента К2 зависит
от угла а: |
а 11< а < а ; , |
|
|
X |
|
||
К2(а) = ‘ 1 |
< а |
< а '2, |
(3.11) |
X |
а 2 |
£ а 2, |
|
|
|
|
|
где К, = ехр(-ц! / shup) - коэффициент ослабления рентгеновского из лучения материалом свариваемого изделия толщиной L / sincp; р —ли нейный коэффициент ослабления, зависящий от материала и ускоряю щего напряжения.
На участке -0,5hs <х< 0,5hs можно записать:
K2 = KS + |
(1- K s) = Ksl. |
(3.12) |
a 2 - a .
Рис. 3.4. Схема размещения рентгеновского датчика
Задаваясь шириной горизонтальной плоскости рентгеновского датчика LKи расстоянием от датчика до места измерения R, можно по лучить:
a 2-a,=2arctg-^
|
'T * |
Г hs |
hs . |
а 2 ~ ai = 2arctffl — sintp |
« — sirup. |
С учетом этих выражений (3.12) запишется в виде