CC BY
67
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Информационные технологии
УДК 621.791.72
А. А. Дружинина Научный руководитель - В. Д. Лаптенок Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ЭЛЕКТРОННЫЙ ЛУЧ В ПРОЦЕССЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ
Произведен анализ основных источников магнитных полей, воздействующих на электронный луч в процессе электронно-лучевой сварки (ЭЛС). Определены задачи управления электронным лучом в процессе ЭЛС.
Сущность процесса электронно-лучевой сварки состоит в использовании для нагрева и расплавления свариваемых деталей энергии пучка электронов, движущихся с высокими скоростями в вакууме.
Важной особенностью электронного луча является возможность управления им при помощи электростатических и магнитных полей. Наибольшее распространение на практике получили магнитные системы фокусировки и управления перемещением электронного луча.
Для перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности обычно используют его взаимодействие со скрещенными поперечными магнитными полями, создаваемыми отклоняющей системой. Малая инерционность электронов позволяет обеспечить широкий диапазон скоростей перемещения электронного луча по обрабатываемой поверхности при практически любой форме траектории [1].
В то же время высокая чувствительность электронного луча к магнитным полям является его недостатком. На электронный пучок, помимо однородного магнитного поля Земли, действуют магнитные поля, вызванные намагниченностью оснастки, остаточной намагниченностью свариваемых изделий, воздействием различных электромагнитных устройств, действием тока термоЭДС. Эти возмущающие воздействия приводят к отклонению электронного луча от оптической оси электронной пушки, а, следовательно, и от стыка.
Величина индукции однородного магнитного поля Земли меняется по земной поверхности от 35 мкТл на экваторе до 65 мкТл вблизи полюсов. Пульсации геомагнитного поля часто наблюдаются главным образом в частотной области 0,001-10 Гц с амплитудами 0,1-100 мкТл. Напряженность магнитного поля Земли даже при максимально возможных колебаниях не превышает 80 А/м. Однако, как показывают расчеты, однородное магнитное поле с напряженностью 40 А/м, если расстояние от электронно-лучевой пушки до свариваемого изделия составляет 250 мм, приводит к отклонению луча от стыка на 1,4 мм при ускоряющем напряжении 100 кВ.
Величина остаточной намагниченности свариваемых изделий зависит от многих факторов: магнитных свойств материала, его магнитной предыстории (характера предыдущих воздействий на него магнитного поля), температуры, формы изделия. Высокими магнитными качествами обладают сплавы железа с никелем, чистое железо, кремнистое железо и другие специальные сплавы. При нагревании до температуры,
превышающей точку Кюри, они теряют магнитные свойства, а вместе с тем и остаточную намагниченность. К уменьшению остаточной намагниченности приводят также механические сотрясения и вибрации. Величина остаточной индукции этих материалов может достигать 0,5 мТл, что соответствует напряженности магнитного поля на поверхности изделия 400 А/м. С увеличением расстояния от изделия напряженность магнитного поля ослабевает. Эти поля могут вызвать отклонение электронного луча от стыка порядка 3-5 мм. При заданной ошибке позиционирования в 0,1 мм такие отклонения являются недопустимыми [2].
Отклонение электронного луча от стыка, вызванное действием магнитного поля термоэлектрических токов, определяется магнитными и электрическими свойствами свариваемых материалов, так как направление магнитной индукции поля термоэлектрических токов и отклонения электронного луча зависят от знака термоЭДС свариваемой пары материалов, а величина магнитной индукции - от абсолютного значения термоЭДС. Величина возникающей термоЭДС зависит от материала свариваемых изделий и температур горячего (71) и холодного (72) контактов:
Т 2
Е = |а^(Т)йТ ,
Т1
где а12 - термоэлектрическая способность пары (или коэффициент термоЭДС).
В простейшем случае коэффициент термоЭДС определяется только материалами свариваемых изделий, однако он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры а12 меняет знак. Структурно-фазовые превращения в материале и образование равновесных твердых растворов также могут приводить к смене знака коэффициента термоЭДС [3].
Кроме того, учесть влияние магнитных полей от воздействия различных электромагнитных устройств и действия тока термоЭДС на этапе предварительной записи траектории стыка не представляется возможным, так как непосредственно во время сварки на рабочем токе это влияние существенно изменится за счет значительного увеличения сварочных токов и резкого повышения температуры материала в зоне сварки.
Обычно система слежения за стыком компенсирует отклонение луча, вызванное действием магнитных полей, однако даже при точном совмещении луча со стыком на поверхности изделий возникает погреш-
Секция «Информационно-управляющие системы»
ность совмещения луча со стыком в корне шва, так как электронный луч падает на свариваемую поверхность под углом.
На основании вышесказанного можно выделить следующие задачи управления технологическим процессом электронно-лучевой сварки:
- автоматический контроль магнитных полей;
- совмещение электронного луча со стыком свариваемых изделий с учетом влияния магнитных полей;
- компенсация влияния магнитных полей на электронный луч в режиме сварки на рабочем токе без предварительной записи траектории стыка.
Автоматический контроль магнитных полей и создание на его основе системы слежения за стыком, инвариантной к действию магнитных полей, позволит компенсировать действие магнитных полей, уменьшить отклонение электронного луча от стыка как на поверхности свариваемых изделий, так и в корне шва, тем самым повысить качество шва.
Библиографические ссылки
1. Теория сварочных процессов : учебник для вузов /А. В. Коновалов, А. С. Куркин, Э. Л. Макаров и др. ; под ред. В. М. Неровного. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007.
2. Управление электронно-лучевой сваркой / В. Д. Лаптенок, А. В. Мурыгин, Ю. Н. Серегин, В. Я. Браверманн ; под ред. В. Д. Лаптенка. Сиб. аэ-рокосмич. акад. Красноярск, 2000.
3. Особенности применения электронно-лучевой сварки в производстве комбинированных конструкций из разнородных сталей / В. К. Драгунов, А. Л. Гончаров, А. П. Слива, С. А. Овечников // Тяжелое машиностроение. 2008. № 4. С. 15-21.
© Дружинина А. А., Лаптенок В. Д., 2011
УДК 001(06) 520.876
Е. Ю. Золотарева, А. Г. Зотин, И. В. Соколовский Научный руководитель - А. А. Тихомиров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
О ЗАДАЧЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛИВА РАСТЕНИЙ
ПО ДАННЫМ ВИДЕОРЕГИСТРАТОРА
Рассмотрена постановка задачи и описание эксперимента по управлению поливом растений по данным видеорегистратора с использованием программной системы, позволяющей распознавать изменения цвета листьев на фотоизображении с лабораторной установки.
Основной задачей при создании любой системы жизнеобеспечения, в том числе биолого-технической, является обеспечение высокого уровня надежности, поскольку любое нарушение в таких системах влечет критическую ситуацию. Очевидный путь повышения надежности - минимизация влияния человеческого фактора; в случае биолого-технической системы жизнеобеспечения присутствует и наиболее уязвимое звено, надежность которого повышать необходимо в первую очередь - высшие растения. Целесообразно в рамках решения этой задачи использовать автоматику.
В задачах, решаемых в Институте биофизики СО РАН совместно с Сибирским государственным аэрокосмическим университетом при создании систем жизнеобеспечения биолого-технического типа, было принято решение выполнить комплексную автоматизацию всех процессов с использованием современных технологий. Итак, цель работы - повысить эффективность обнаружения воздействия внешних деструктивных факторов на высшие растения в системе жизнеобеспечения.
Работа планировалась и выполнялась посегментно; в рамках сегмента работы, представленного в статье, выполнялась локализация растений и признаков нарушения их внешнего вида по данным видеорегистратора.
Вкратце можно отметить, что для эффективного решения задачи планировалось следующее:
- выбрать эффективный алгоритм сегментации и распознавания элементов изображения;
- сформировать методику использования изменений цвета в процессе управления поливом.
Данные видеорегистратора были получены при функционировании лабораторной установки в режиме удаленного мониторинга, пример освещения и условий съемки показан ниже.
Данные видеорегистратора
Работы по созданию и модификации алгоритмов обработки видео- и статических изображений проводятся в Сибирском государственном аэрокосмическом университете, в лаборатории цифровой обработки изображений [например, см. 1].
