Методика автоматизированного измерения пространственных распределений плотности тока технологических электронных пучков
Аннотация
Показана актуальность задачи по созданию автоматизированной методики измерения пространственных распределений плотности тока технологических электронных пучков. Доказано, что основной интерес для построения систем мониторинга и управления в электронно-лучевых технологических установках представляют именно прямые методы, основанные на непосредственном измерении составляющих тока электронного пучка, поскольку только они могут дать достоверную информацию о пространственном распределении плотности тока. Проведены экспериментальные исследования пространственных распределений плотности тока электронных пучков мощностью до 6 кВт. Проанализированы распределения, полученные зондовым методом, выявлены их отклонения от функции нормального распределения и осевой симметрии. Определены ограничения зондового метода по плотности теплового потока и мощности пучка и предложен экспресс-метод измерения радиального распределения плотности тока по сечению электронных пучков, основанный на методе прямого края и вычислительной обработке временных зависимостей тока. Приведена схема дискретизации радиального распределения плотности тока электронного пучка. Экспериментально обоснована возможность применения методики для измерения характеристик пучков с плотностью мощности до 1,8∙104 Вт/см2 при использовании коллектора из меди. Доказано, что данная методика необходима для математического восстановления объемного распределения плотности тока с использованием основных положений электронной оптики.
Литература
2. Gockel J., Beuth J., Taminger K. Integrated Control of Solidification Microstructure and Melt Pool Dimensions in Electron Beam Wire Feed Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V // Additive Manufacturing. 2014. V. 1 — 4. Pp. 119—126.
3. Гуденко А.В., Драгунов В.К., Слива А.П. Методика определения режимов послойной электронно- лучевой наплавки проволоки для аддитивных технологий // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 8—14.
4. Meissner C. Standardizing the Art of Electron Beam Welding // Sci. and Technol. Rev. 2008. No. 3.
5. Смалюк В.В. Диагностика пучков заряженных частиц в ускорителях. Новосибирск: Параллель, 2009.
6. Логачев П.В. и др. Методы неразрушающей диагностики пучков заряженных частиц в ускорителях // Физика элементарных частиц и атомного ядра. 2016. Т. 47. Вып. 2. С. 443—500.
7. Зуев И.В., Углов А.А. Об измерении диаметра электронного луча методом вращающегося зонда // Физика и химия обработки материалов. 1967. № 5. С. 110—112.
8. Рыкалин Н.Н, Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978.
9. Акопьянц К.С., Назаренко О.К., Гумовский В.В., Чернякин В.П. Система диагностики электронного луча в установках для электронно-лучевой сварки // Автоматическая сварка. 2002. № 10. С. 30—33.
10. Palmer T.A., Elmer J.W. Characterization of Electron Beams in Multiple Welders Using the Enhanced Modified Faraday Cup // Proc. Intern. Institute of Welding Conf. Quebec City (Canada), 2006. Pp. 1—37.
11. А.с. № 295215 СССР. Способ определения распределения плотности пространственного заряда в потоках заряженных частиц / Г.М. Герштейн, М.Г. Медокс // Бюл. изобрет. 1971. № 7.
12. Шарафутдинов А.Ф. Диагностика электронных пучков низких энергий по переходному излучению: автореф. ... канд. физ.-мат. наук. Томск, 2004.
13. Л КАРД [Офиц. сайт] http://www.lcard.ru/download/e14_140_users_guide.pdf (дата обращения 13.05.2017).
14. Голубков М.П., Кабанов А.Н. О пределах измерений диаметра электронного зонда // Труды МИЭМ. 1974. Вып. 35. С. 4—12.
15. Терещенко С.А. Методы вычислительной томографии. М.: Физматлит, 2004.
---
Для цитирования: Кожеченко А.С., Щербаков А.В., Родякина Р.В., Гапонова Д.А. Методика автоматизированного измерения пространственных распределений плотности тока технологических электронных пучков // Вестник МЭИ. 2018. № 2. С. 72—79.
DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-72-79.
#
1. Steigerwald K.H. e. a. An International History of Electron Beam Welding. Pro-Beam AG&Co, 2007.
2. Gockel J., Beuth J., Taminger K. Integrated Control of Solidification Microstructure and Melt Pool Dimensions in Electron Beam Wire Feed Additive Manufacturing of Ti-6Al-4V // Additive Manufacturing. 2014. V. 1 — 4. Pp. 119—126.
3. Gudenko A.V., Dragunov V.K., Sliva A.P. Metodika Opredeleniya Rezhimov Posloynoy Elektronno-luchevoy Naplavki Provoloki dlya Additivnykh Tekhnologiy. Vestnik MPEI. 2017;5:8—14. (in Russian).
4. Meissner C. Standardizing the Art of Electron Beam Welding. Sci. and Technol. Rev. 2008;3.
5. Smalyuk V.V. Diagnostika Puchkov Zaryazhennykh Chastits v Uskoritelyakh. Novosibirsk: Parallel', 2009. (in Russian).
6. Logachev P.V. i dr. Metody Nerazrushayushchey Diagnostiki Puchkov Zaryazhennykh Chastits v Uskori- telyakh. Fizika Elementarnykh Chastits i Atomnogo Yadra. 2016;47;2:443—500. (in Russian).
7. ZuevI.V., UglovA.A. Ob Izmerenii Diametra Elektronnogo Lucha Metodom Vrashchayushchegosya Zonda. Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov. 1967;5:110—112. (in Russian).
8. Rykalin N.N, Zuev I.V., Uglov A.A. Osnovy Elektronno-luchevoy Obrabotki Materialov. M.: Mashinostroenie, 1978. (in Russian).
9. Akop'yants K.S., Nazarenko O.K., Gumovskiy V.V., Chernyakin V.P. Sistema Diagnostiki Elektronnogo Lucha v Ustanovkakh dlya Elektronno-luchevoy Svarki. Avtomaticheskaya Svarka. 2002;10:30—33. (in Russian).
10. Palmer T.A., Elmer J.W. Characterization of Electron Beams in Multiple Welders Using the Enhanced Modified Faraday Cup. Proc. Intern. Institute of Welding Conf. Quebec City (Canada), 2006:1—37.
11. A.s. 295215 SSSR. Sposob Opredeleniya Raspredeleniya Plotnosti Prostranstvennogo Zaryada v Poto- kakh Zaryazhennykh Chastits / G.M. Gershteyn, M.G. Medoks. Byul. Izobret. 1971;7. (in Russian).
12. Sharafutdinov A.F. Diagnostika Elektronnykh Puchkov Nizkikh Energiy po Perekhodnomu Izlucheniyu: Avtoref. ... Kand. Fiz.-mat. Nauk. Tomsk, 2004. (in Russian).
13. L KARD [Ofits. Sayt] http://www.lcard.ru/download/e14_140_users_guide.pdf (Data Obrashcheniya 13.05.2017). (in Russian).
14. Golubkov M.P., Kabanov A.N. O Predelakh Izmereniy Diametra Elektronnogo Zonda. Trudy MIEM. 1974;35:4—12. (in Russian).
15. Tereshchenko S.A. Metody Vychislitel'noy Tomografii. M.: Fizmatlit, 2004. (in Russian).
---
For citation: Kozhechenko А.S., Shcherbakov А.V., Rodyakina R.V., Gaponova D.А. Automated Measurement of the Spatial Current Density Distribution of Process Electron Beams. MPEI Vestnik. 2018;2:72—79. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-2-72-79.
