Испарение и перенос атомов на границе раздела фаз в сплаве 1370 при электронно-лучевой сварке

Байдикова, Наталья Владимировна Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе исследованы процессы тепломассопереноса в сплаве 1370 при воздействии остросфокусированного электронного пучка. Выполненные расчеты позволяют определить время существования жидкой фазы, глубину и ширину проплавления, скорости охлаждения, рассчитать испарившуюся массу материала изделия при сварке электронным лучом. Результаты работы актуальны для исследования потери массы легкоиспаряющихся металлических материалов и прогнозирования химического состава сварных соединений.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14
1. Радиационный разогрев, фазовые превращения и перенос атомов в
металлических материалах при воздействии пучка ускоренных электронов
(обзор) …………………………………………………………………………………………………………. 17
1.1 Особенности взаимодействия пучков ускоренных электронов с
веществом…………………………………………………………………………17
1.2 Основные свойства электронно-лучевой сварки………………………………… 19
1.3 Тепловые процессы в веществе при облучении пучками электронов …. 21
1.4 Роль испарения и сегрегационных явлений в формировании физических
и механических свойств шва……………………………………………………………………… 25
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………….. 30
2.1 Исследуемый сплав 1370 (АД37) системы Al-Mg-Si-Cu ……………………….. 30
2.2 Оборудование для электронно-лучевой сварки …………………………………….. 31
2.3. Взвешивание образцов ………………………………………………………………………. 35
2.4. Измерение твердости по методу Виккерса………………………………………….. 36
2.5 Метод энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии ………………… 37
3. Поле температур и фазовые превращения при сканировании пучка
электронов по поверхности твѐрдого тела ……………………………………………………. 38
3.1. Модельные представления о процессе диссипации энергии пучка ………. 38
3.2 Уравнение теплопроводности, начальные и граничные условия, условие
на границе раздела фаз, функция энерговыделения, исходные данные ………. 41
3.3 Расчѐт пространственного распределения поля температур в зоне
расплава ……………………………………………………………………………………………………. 44
Выводы …………………………………………………………………………………………………….. 52
4. Результаты исследования образцов сплава 1370 ……………………………………….. 53
4.1. Исследование механических характеристик ………………………………………… 53
4.2. Результаты металлографического исследования ………………………………….. 54
Заключение ………………………………………………………………………………………………. 56
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 57
5.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………………. 57
5.2. SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………… 58
5.3. Планирование научно-исследовательских работ …………………………………. 61
5.3.1. Разработка графика проведения научного исследования ………………… 61
5.4. Бюджет научного исследования ………………………………………………………….. 65
5.5. Организационная структура проекта …………………………………………………… 69
5.6. Матрица ответственности …………………………………………………………………… 70
5.7. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 71
6. Социальная ответственность……………………………………………………………………. 75
6.1 Анализ вредных факторов производственной среды …………………………….. 76
6.1.1. Микроклимат ………………………………………………………………………………… 77
6.1.2. Расчет искусственной освещенности рабочего места…………………….. 79
6.1.3 Ионизирующее излучение в рабочей зоне ………………………………………. 83
6.2 Анализ выявленных вредных факторов производственной среды…………. 85
6.2.1. Электробезопасность …………………………………………………………………….. 85
6.2.2 Пожарная и взрывная безопасность ……………………………………………….. 88
6.3. Охрана окружающей среды ………………………………………………………………… 91
6.4. Защита в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………… 92
6.5. Правовые вопросы обеспечения безопасности …………………………………….. 93

Выводы ……………………………………………………………………………………………………….. 93
Список литературы ……………………………………………………………………………………… 95
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 101

Актуальность темы. Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) нашла
широкое применение в машиностроительной промышленности и, в
частности, в космическом приборостроении. Она обладает значительными
преимуществами как эффективное средство для соединения деталей
практически из любых металлических материалов. Источник энергии в виде
пучка ускоренных электронов сконцентрирован в малом пространстве
(диаметр его составляет десятые или даже сотые доли миллиметра),
генерируется и транспортируется в вакууме и это создаѐт благоприятные
условия для прецизионной сварки без влияния неблагоприятных факторов
газовой атмосферы.
Особенно эффективной подобная сварка бывает, если требуется
большая плотность мощности пучка (106 – 109 Вт/см2), например, при
соединении тугоплавких материалов. Такая концентрация энергии
достигается специальными методами и устройствами фокусировки пучка и
делает возможным производить сварку с недостижимыми для других
методов параметрами (например, возможно отношение ширины к глубине
проплавления 1:50). Глубокое проплавление свариваемых изделий при
низких значениях погонной энергии (расход еѐ для ЭЛС на единицу длины
шва) приводит к повышенной скорости кристаллизации малой по объѐму
сварочной ванны. Это, в свою очередь, делает мелкодисперсной структуру
шва, создаѐт особые условия для миграции легирующих атомов на границе
раздела фаз на периферии сварочной ванны, влияет на режим испарения еѐ
поверхности [1].
Размеры, конфигурация и механизм формирования шва при ЭЛС
определяются характеристиками парового канала, которые в свою очередь
зависят от мощности, эффективного радиуса, угла сходимости луча, скорости
его сканирования, теплофизических свойств материала. Можно утверждать,
что явления переноса атомов оказывают значительное влияние на
элементный состав шва и его прочностные свойства.
Несмотря на очевидную значимость механизмов переноса атомов как в
паровой, так и в жидкой фазах сварочной ванны для состава и механических
свойств шва, эти вопросы изучены пока недостаточно.
Объектом исследования служили процессы тепломассопереноса и
механические свойства швов при ЭЛС алюминиевого сплава 1370, широко
распространѐнного в космическом приборостроении.
Цель работы состоит в исследовании взаимодействия пучка
ускоренных электронов со сплавом 1370 в режиме ЭЛС, а также явлений
переноса атомов в паровой и жидкой фазах. В соответствии ней в
диссертационной работе рассмотрены следующие задачи:
– поглощение энергии пучка электронов сплавом 1370 при сварке,
радиационный разогрев, диссипации энергии пучка;
– построение модели теплопереноса; получение пространственно-
временного распределения поля температур, глубины проплавления,
скорости охлаждения в зависимости от параметров пучка;
– изучение самодиффузии алюминия и миграции атомов легирующих
элементов в сварочной ванне;
– испарение атомов из сварочной ванны;
– элементный состав и механические свойства шва;
– экономические аспекты работы;
– вопросы социальной ответственности.
Методы исследования. Для достижения поставленной цели были
использованы методы математического моделирования процессов
диссипации энергии.
Личный вклад автора заключается в сборе и обработке материалов
исследований, выполнении работ по математическому моделированию
диссипации энергии электронного пучка.
Научная новизна работы состоит в том, что решена задача об эмиссии
атомов с поверхности сплава при ЭЛС в режиме испарения и миграции в
результате диффузии в расплаве. Сделана оценка влияния этих процессов на
состав шва и его механические свойства (микротвѐрдость).
Практическая значимость. Проверено качество математической
модели диссипации энергии пучка, получены полезные данные о состоянии
поля температур вокруг сварочной ванны.
1. Радиационный разогрев, фазовые превращения и перенос
атомов в металлических материалах при воздействии пучка ускоренных
электронов (обзор)

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)