Введение
1. Современные представления о физических основах, моделировании и контроле процессов лучевой сварки металлов 13
1.1. Первичные процессы при воздействии мощных электронных пучков на металлы 13
1.2. Поглощение лазерного излучения в парогазовом канале при лазерной сварке 20
1.3. Тепломассоперенос в конденсированной фазе при лучевой cbapkec глубоким проплавлением 22
1.4. Плазменные и газодинамические процессы при лучевой сварке с глубоким проплавлением 28
1.5. Моделирование лучевой сварки с глубоким проплавлением 31
1.6. Экспериментальное и теоретическое изучение нестационарных процессов при сварке концентрированными потоками энергии 33
1.7. Анализ современного состояния исследований процессов испарения и диффузии примесей при лазерной и электронно-лучевой сварке легких сплавов 41
1.8. Современное состояние развития принципов контроля за ходом процесса лучевой сварки 45
2. Постановка задачи и возможные упрощения ... 47
2.1. Постановка цели и задач работы 4 7
2.2. Задача о течении расплава при лучевой сварке с глубоким проплавлением 52
2.3. Задача о теплопереносе в конденсированной фазе 54
3. Особенности поглощения энергии на стенклх парогазового канала при сварке с глубоким проплавлением 59
3.1. Рассеяние электронного луча на продуктах испарения при элс 59
3.2. Отражение электронов пучка от поверхности парогазового канала
3.3 Отражение лазерного излучения от поверхности расплава 73
3.4 Многократные переотражения в парогазовом канале 74
3.5 Выводы 81
4. Тепломассоперенос при сварке с глубоким проплавлением 83
4.1. Течение расплава без учета вязкости 83
4.2. Пограничные слои и вихревой след в сварочной ванне 88
4.3. Решение задачи о теплопереносе в сварочной ванне при сварке с глубоки?/ проплавлением квазистационарной постановке 94
4.4. Приближенное решение задачи тешюмассопереноса при воздействии кпэ на меч алл с учетом конвекции и фазовых переходов 100
4.5. Нестационарная тепловая задача при лазерной сварке с глубоким проплачлением 108
4.6. Выводы 115
5. Газодинамика течения паров в парогазовом канале и формирование плазмы в при лазерной сварке 116
5.1. Рекомбинация в пароплазменной фазе при лазерной сварке 116
5.2 Энергетический спектр электронов в парогазовом канале 119
при лазерной сварке 119
5.3. Баланс электронов и определение коэффициента поглощения 125
5.4. Модель испарения материала со стенок парогазового канала при сварке с глубоким проплавлением 127
5.5. Адиабатическое приближение для решения газодинамической задачи и течение паров при электронно-лучевой сварке 129
5.6. Течение паров в парогазовом канале при лазерной сварке 142
5.7. Влияние поглощения в плазме на течение паров 145
5.8. Выводы 147
6. Устойчивость процессов формирования шва при сварке с глубоким проплавлением 148
6.1. Исследование линейной устойчивости парового потока и активной зоны 148
6.2. Исследование линейной устойчивости поверхности парогазового канала 156
6.3 Выводы 159
7. Моделирование лучевой сварки с глубоким проплавлением 160
7.1. Алгоритмы построения квазистационарных моделей 160
7.2. Квазистационарные модели процессов лазерной и электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением 165
7.3. Верификация моделей и сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными... 173
7.4. Построение динамической модели процесса сварки с глубоким проплавлением 178
7.4.1. Описание динамики парогазового капала на основе метода киргхофа 178
7.4.2. Построение динамического описания процесса лазерной сварки с глубоким протавлением на основе механики лагранжа 184
7.4.3. Моделирование и анализ динамического поведения парогазового канала
7.5. Разработка методики текущего контроля за глубиной проплавлення 198
7.6. Верификация модели динамического поведения парогазового канала при лазерной сварке... 205
7.7. Выводы: 211
8. Формирование химического состава металла шва при сварке с глубоким проплавлением 212
8.1. Исследование испарения примесей, вывод и анализ уравнений баланса массы примесей при испарении с учетом кинетики поверхностного испарения 212
8.2. Решение задачи о диффузии примесей в расплаве 218
8.3. Определение концентрации примесей в расплаве с учетом испарения и диффузии и расчет химического состава металла шва 219
8.4. Численное решение задачи об испарении и диффузии примесей 223
8.5. Решение уравнения конвективной диффузии в области турбулентного течения расплава 235
8.6. Выводы 245
9. Исследование и моделирование сигнала акустической эмиссии из зоны
сварки при лазерной сварке с глубоким проплавлением 247
9.1. Задача внешней акустики при лазерной сварке 248
9.2. Формулировка задачи внутренней акустики и вывод основных уравнений 250
9.3. Решение задачи внутренней акустики без учета испарения и конденсации 251
9.4. Решение задачи внутренней акустики с учетом испарения и конденсации паров 253
9.5. Алгоритм моделирования акустической эмиссии при лазерной сварке 260
9.6. Выводы 263
Выводы 264
Приложения 267
Литература 287
