RU2702537C1 - Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber - Google Patents
Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702537C1 RU2702537C1 RU2018130620A RU2018130620A RU2702537C1 RU 2702537 C1 RU2702537 C1 RU 2702537C1 RU 2018130620 A RU2018130620 A RU 2018130620A RU 2018130620 A RU2018130620 A RU 2018130620A RU 2702537 C1 RU2702537 C1 RU 2702537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- electron
- frequency
- value
- signal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к термической и химико-термической обработке металлов и сплавов в вакуумной камере импульсными электронными пучками, и может быть использовано для мониторинга результирующих показателей процесса обработки.The invention relates to mechanical engineering, mainly to thermal and chemical-thermal treatment of metals and alloys in a vacuum chamber by pulsed electron beams, and can be used to monitor the resulting indicators of the processing process.
Попытки наладить мониторинг электронно-лучевых технологий начинались с контроля процесса электронно-лучевой сварки для улучшения фокусировки электронного луча (1. Авторское свидетельство №1468700, 1989 г.; 2. Патент РФ №2183153, 2002 г.; 3. Патент РФ №2519155, 2006 г.). Эти способы не обладают достаточным быстродействием и не предназначены для контроля импульсного воздействия на объект не фокусируемым пучком.Attempts to establish monitoring of electron beam technologies began with the control of the electron beam welding process to improve the focusing of the electron beam (1. Copyright certificate No. 1468700, 1989; 2. RF patent No. 2183153, 2002; 3. RF patent No. 2519155, 2006). These methods do not have sufficient speed and are not intended to control the pulsed action on an object with an unfocused beam.
Из уровня техники известны способы мониторинга фазовых превращений, сопровождающих термическое воздействие, заключающиеся в том, что границы фазовых переходов определяют с помощью датчика акустической эмиссии, присоединяемого к обрабатываемому образцу (патент РФ №2433190, опубл. 10.11.2011; 2. Вьюненко Ю.Н., Черняева Е.В. Особенности акустической эмиссии при мартенситных превращениях в сплаве TiNi.//Вестник Тамбовского университета. Серия: естественные и технические науки. Т. 21, №31. 2016. С. 917-921).The prior art methods for monitoring phase transitions accompanying thermal exposure, consisting in the fact that the boundaries of phase transitions are determined using an acoustic emission sensor attached to the processed sample (RF patent No. 2433190, publ. 10.11.2011; 2. Vyunenko Yu.N. ., Chernyaeva EV Features of acoustic emission during martensitic transformations in the TiNi alloy. // Bulletin of the Tambov University. Series: Natural and Technical Sciences. Vol. 21, No. 31. 2016. S. 917-921).
Основным недостатком приведенного аналога является то, что датчик акустической эмиссии устанавливается в непосредственной близости от обрабатываемого образца. Такой способ затруднительно использовать в вакуумной камере при подаче высокоэнергетических электронных импульсов, поскольку рядом с электронной пушкой возникают мощные электромагнитные помехи, выводящие из строя и сам датчик, и расположенную рядом аппаратуру. Кроме этого, провода, подсоединяемые к датчику, подвергаются термическому воздействию, загрязняют среду и создают трудности для организации их вакуумного ввода и надежного функционирования устройств, установленных в вакуумной камере.The main disadvantage of this analogue is that the acoustic emission sensor is installed in the immediate vicinity of the processed sample. This method is difficult to use in a vacuum chamber when high-energy electron pulses are applied, since powerful electromagnetic interference occurs near the electron gun, which disable both the sensor itself and the equipment located nearby. In addition, the wires connected to the sensor are exposed to heat, pollute the environment and create difficulties for organizing their vacuum input and reliable operation of devices installed in the vacuum chamber.
Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству общих существенных признаков и достигаемому техническому результату - прототипом - является способ мониторинга фазовых превращений в облучаемом объекте при изменении его температуры, заключающийся в том, что к обрабатываемой заготовке присоединяют волновод, выходящий за пределы зоны обработки, на котором закрепляют датчик виброакустических (ВА) колебаний, информация с которого обрабатывается с помощью компьютера (Воронцов В.Б., Журавлев Д.В. Связь структуры сигналов акустической эмиссии при кристаллизации А1 с механизмом формирования твердой фазы из расплава.//Вестник Новгородского государственного университета, №67. 2012. С. 8-13).The closest to the proposed method in terms of the number of common essential features and the technical result achieved - the prototype - is a method for monitoring phase transformations in an irradiated object when its temperature changes, which consists in connecting a waveguide to the workpiece that extends beyond the processing zone to which it is fixed sensor of vibro-acoustic (VA) vibrations, information from which is processed using a computer (Vorontsov V.B., Zhuravlev D.V. Communication of the structure of acoustic e-signals missions during crystallization of A1 with a mechanism for the formation of a solid phase from a melt. // Bulletin of Novgorod State University, No. 67. 2012. S. 8-13).
Основным недостатком известного технического решения является то, что оно не предназначено для работы в вакуумной камере в условиях мощных электромагнитных помех. Волновод, выполненный в виде полого цилиндрического стержня с прямолинейной осью, предназначен для установки внутри его термопары в рабочей зоне и вывода необходимой проводки к регистрирующей аппаратуре, а также для безопасного контакта датчика акустической эмиссии с зоной высоких температур. С помощью описанного волновода нельзя вывести датчик акустической эмиссии из зоны электромагнитных помех на достаточное расстояние. Это связано с невозможностью его изгиба, большим диаметром и быстрым затуханием высокочастотных колебаний (акустическая эмиссия предполагает регистрацию колебаний в частотном диапазоне от 50 до 1000 кГц) с ростом расстояния до источника вибраций. Эксперименты показали, что для надежной регистрации колебаний при работе электронной пушки необходимо регистрирующую аппаратуру относить на 2 и более метров от зоны обработки.The main disadvantage of the known technical solution is that it is not intended for operation in a vacuum chamber under conditions of powerful electromagnetic interference. The waveguide, made in the form of a hollow cylindrical rod with a rectilinear axis, is designed to be installed inside its thermocouple in the working area and output the necessary wiring to the recording equipment, as well as for safe contact of the acoustic emission sensor with the high temperature zone. Using the described waveguide, it is impossible to bring the acoustic emission sensor out of the electromagnetic interference zone to a sufficient distance. This is due to the impossibility of bending it, the large diameter and rapid attenuation of high-frequency oscillations (acoustic emission involves recording oscillations in the frequency range from 50 to 1000 kHz) with increasing distance to the vibration source. The experiments showed that for reliable registration of oscillations during the operation of the electron gun, it is necessary to place the recording equipment at 2 meters or more from the processing zone.
Технической проблемой, на решение которой направленно заявленное изобретение, является уменьшение влияния электромагнитных помех, упрощение процедуры регистрации сигналов вибраций при облучении деталей в вакуумной камере с помощью электронной пушки, упрощение процедуры сравнения объемов происходящих в детали превращений с эталонным значением по параметрам сигналов вибраций.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is the reduction of the influence of electromagnetic interference, simplification of the registration of vibration signals during irradiation of parts in a vacuum chamber with an electron gun, simplification of the procedure for comparing the volumes of transformations occurring in a part with a reference value for vibration signal parameters.
Технический результат заключается в повышении точности настройки аппаратуры, определяющей параметры импульсов электронного пучка воздействующего на объект, и обеспечении производительности электронно-пучковой обработки.The technical result consists in increasing the accuracy of tuning the equipment, which determines the parameters of the pulses of the electron beam acting on the object, and ensuring the performance of electron-beam processing.
Поставленный технический результат достигается тем, что в способе мониторинга структурных, фазовых и химических преобразований в приповерхностном слое обрабатываемых объектов в вакуумных камерах под воздействием электронно-пучковых импульсов, заключающемся в присоединении к обрабатываемому объекту волновода, выходящего за пределы вакуумной камеры через вакуумный ввод, закреплении на волноводе датчика колебаний и обработке информации с последнего с помощью компьютера, в качестве волновода используют гибкую проволоку, в качестве датчика колебаний используют акселерометр с частотной характеристикой, охватывающей частотный диапазон до 100 кГц, в процессе воздействия импульса электронного пучка регистрируют зависимости текущих эффективных значений сигналов, поступающих с акселерометра, от времени в двух частотных диапазонах до момента падения амплитуды сигналов до уровня фоновых шумов, в качестве частотных диапазонов выбирают октавную полосу с наибольшим эффективным значением амплитуды сигнала, и соседнюю более высокочастотную октаву, определяют период времени «Т», в течение которого амплитуда сигнала превышала фоновое значение, вычисляют эффективное значение сигнала «А» на всем периоде «Т», оценивают энергию «U» сигнала по формуле: U=A2Т (1), и по величине «U» судят о достаточности энергии электронно-лучевого импульса и о результатах произошедших фазовых превращений.The stated technical result is achieved by the fact that in the method for monitoring structural, phase and chemical transformations in the surface layer of the processed objects in vacuum chambers under the influence of electron-beam pulses, which consists in attaching to the processed object a waveguide extending outside the vacuum chamber through a vacuum input, securing to the waveguide of the oscillation sensor and processing information from the latter using a computer, use a flexible wire as the waveguide, as yes The vibration sensor uses an accelerometer with a frequency response covering the frequency range up to 100 kHz, in the process of exposure to an electron beam pulse, the dependences of the current effective values of the signals coming from the accelerometer are recorded on time in two frequency ranges until the signal amplitude drops to the background noise level, as frequency ranges choose the octave band with the highest effective value of the signal amplitude, and the adjacent higher frequency octave, determine the time period “T”, during which the signal amplitude exceeded the background value, the effective value of the signal “A” is calculated over the entire period “T”, the energy “U” of the signal is estimated by the formula: U = A 2 T (1), and by the value of “U »They judge the sufficiency of the electron-beam pulse energy and the results of the phase transformations that have occurred.
Сущность заявленного изобретения поясняется следующим:The essence of the claimed invention is illustrated by the following:
на фиг. 1 - схема установки аппаратуры для записи и анализа виброакустических (ВА) сигналов с акселерометра, возникающих после подачи электронного импульса;in FIG. 1 is a diagram of an apparatus for recording and analyzing vibroacoustic (VA) signals from an accelerometer arising after an electronic pulse is applied;
на фиг. 2 - пример ВА сигнала, возникшего после подачи электронного импульса;in FIG. 2 is an example of a VA signal that occurs after an electronic pulse is applied;
на фиг. 3 - пример изменения эффективной амплитуды (время осреднения 1 мс) в частотном диапазоне 11-22 кГц с указанием периода времени «Т», когда ВА сигнал превышал фоновое значение, и эффективной амплитуды «А» для всего периода «Т» при облучении алюминиевой пластины;in FIG. 3 - an example of a change in the effective amplitude (averaging
на фиг. 4 - пример изменения показателя U (формула 1) в частотном диапазоне 11-22 кГц при подаче электронного импульса с разным зарядным напряжением на алюминиевую пластину.in FIG. 4 - an example of a change in the indicator U (formula 1) in the frequency range 11-22 kHz when applying an electronic pulse with a different charging voltage to the aluminum plate.
В соответствии с изобретением на фиг.1 показана схема, реализующая аппаратную часть предлагаемого способа, где с обрабатываемым образцом 1 контактирует волновод 2, выполненный из гибкой проволоки, противоположный конец которого присоединен к принимающей пластине 3, на которой установлен датчик 4 колебаний, выполненный в виде акселерометра, выход которого подключен к предусилителю 5, подключаемому к аналоговому усилителю 6, на выходе которого установлен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, данные которого с помощью компьютера 8 сохраняются для последующей обработки и для вывода изображения на монитор компьютера 8.In accordance with the invention, Fig. 1 shows a circuit that implements the hardware of the proposed method, where a
На фиг. 2 показан пример ВА сигнала, возникшего в результате подачи электронного импульса на обрабатываемый образец 1. На примере показан короткий импульс 9, возникший в результате электромагнитной помехи в момент подачи электронного импульса, и временной участок в 1,2 мс, соответствующий запаздыванию ВА сигнала по отношению к электронному импульсу. На протяжении последующих 36 мс происходит выброс основной энергии ВА сигнала.In FIG. Figure 2 shows an example of a VA signal that has arisen as a result of applying an electronic pulse to the sample being processed 1. The example shows a short pulse 9, which has arisen as a result of electromagnetic interference at the moment of applying an electronic pulse, and a 1.2 ms time section corresponding to the delay of the VA signal to an electronic impulse. Over the next 36 ms, the main energy of the VA signal is released.
На Фиг. 3 показан пример графика изменения эффективной амплитуды (время осреднения 1 мс) в частотном диапазоне 11-22 кГц с указанием периода времени «Т», когда ВА сигнал превышал фоновое значение, и эффективной амплитуды «А» для всего периода «Т» при облучении алюминиевой пластины. По этим данным можно с помощью формулы (1) подсчитать величину U, пропорциональную энергии ВА сигнала на периоде «Т».In FIG. Figure 3 shows an example of a graph of the change in effective amplitude (averaging
На фиг. 4 представлен пример в виде графика зависимости энергетического параметра «U», подсчитанного по формуле (1), от зарядного напряжения электронной пушки при облучении алюминиевых пластин. Точками показаны значения показателя «U» в каждом отдельном эксперименте. Несмотря на заметный разброс, проявляется тенденция к росту параметра «U» с увеличением зарядного напряжения. Чем больше энергии поступает на поверхность пластины, тем больший объем алюминия переходит в жидкую фазу, которая при дальнейшем охлаждении возвращается в твердое состояние. Движение фазовых границ в процессе смены агрегатных состояний сопровождается ВА сигналами.In FIG. Figure 4 shows an example in the form of a graph of the dependence of the energy parameter “U”, calculated according to formula (1), on the charging voltage of the electron gun during irradiation of aluminum plates. The dots indicate the values of the “U” indicator in each individual experiment. Despite the noticeable scatter, there is a tendency to increase the parameter “U” with increasing charging voltage. The more energy is supplied to the surface of the plate, the greater the volume of aluminum passes into the liquid phase, which returns to solid state upon further cooling. The motion of phase boundaries in the process of changing aggregate states is accompanied by VA signals.
Способ оперативной оценки результатов электронно-пучкового термического воздействия на объекты в вакуумной камере (на фиг. не показана) осуществляется следующим образом: к обрабатываемому объекту 1 присоединяют волновод 2, выходящий за пределы вакуумной камеры через вакуумный ввод, на волноводе закрепляют датчик 4 колебаний, информация с которого обрабатывается с помощью компьютера 8. В качестве волновода 2 используют гибкую проволоку, в качестве датчика 4 колебаний используют акселерометр с частотной характеристикой, охватывающей частотный диапазон до 100 кГц, в процессе выполнения технологической операции регистрируют зависимости текущих эффективных значений сигналов, поступающих с акселерометра, от времени в двух частотных диапазонах с момента подачи электронно-лучевого импульса до момента падения амплитуды сигналов до уровня фоновых шумов, в качестве частотных диапазонов выбирают октавную полосу, где присутствуют наибольшие эффективные значения амплитуды сигнала, и соседнюю более высокую октаву, определяют период времени «Т», в течение которого амплитуда сигнала превышала фоновое значение, вычисляют эффективное значение сигнала «А» на всем периоде «Т», оценивают энергию «и» сигнала по формуле: U=A2Т, и по величине «U» судят о достаточности энергии электронно-лучевого импульса и о результатах произошедших фазовых превращений.A method for the rapid assessment of the results of electron-beam thermal effects on objects in a vacuum chamber (not shown in Fig.) Is as follows: a
Длина волновода должна быть достаточной, чтобы обеспечить приемлемый уровень электромагнитных помех. При необходимости регистрирующая аппаратура может размещаться за защитным экраном, уменьшающим электромагнитное воздействие на аппаратуру. В качестве волновода может использоваться, например, медная проволока диаметром 2-3 мм, которую легко уплотнить при выводе из вакуумной камеры и завести за защитный экран, где устанавливают регистрирующую аппаратуру.The waveguide length must be sufficient to provide an acceptable level of electromagnetic interference. If necessary, the recording equipment can be placed behind the protective screen, which reduces the electromagnetic effect on the equipment. As a waveguide, for example, a copper wire with a diameter of 2-3 mm can be used, which is easy to seal when it is removed from the vacuum chamber and put behind a protective screen where the recording equipment is installed.
Практика показала, что с увеличением длины волновода быстрее затухают относительно высокочастотные колебания. Это связано с тем, что логарифмический декремент колебаний, который отображает темп затухания свободных колебаний на одном периоде, для большинства конструкционных материалов практически не зависит от частоты этих колебаний. Но при одинаковой скорости распространения продольных волн за время движения колебательной энергии от источника до противоположного конца волновода высокочастотные составляющие совершат во столько раз больше циклов колебаний, во сколько раз их частота выше. Если на интервале 1,2 мс составляющая колебаний на частоте 500 кГц совершит 600 циклов колебаний, то составляющая на 50 кГц совершит только 60 циклов. Если доля потерь на каждом цикле одинакова, то очевидно, что на более низкой частоте энергии сохранится больше. Например, при одинаковой начальной амплитуде колебаний на 500 кГц и на 50 кГц и при одинаковом отношении q=ai+1/ai (отношение амплитуд в конце единичного цикла к амплитуде в начале цикла) отношение амплитуд на противоположном конце волновода будет q540. Это означает, что при q=0,9 на приемной пластине амплитуда высокочастотной составляющей (500 кГц) будет относиться к амплитуде низкочастотной составляющей (50 кГц), как 10-25. Практика тоже показала, что на большом удалении от источника возмущений в спектре колебаний пропадают или ослабляются высокочастотные составляющие. Эксперименты также показали, что, если при параллельной записи вибраций в диапазонах низких (от 4-х до 20 кГц) и высоких (до 1 МГц) частот потом построить их огибающие (вся запись разбивается на небольшие участки времени, для каждого участка определяется эффективное значение, совокупность эффективных значений формирует огибающую), то они оказываются в значительной степени подобными. Это означает, что когда вибрации возбуждаются совокупностями очень коротких импульсов, то они формируют импульсы и на высоких, и на низких частотах. Поскольку при длинном волноводе вибрации на высоких частотах не удается выделить на фоне помех, то контроль сравнительно низкочастотных составляющих вибраций может осуществляться акселерометром. Большинство выпускаемых промышленностью акселерометров имеют резонансную частоту не более 100 кГц (Акселерометры пьезоэлектрические фирмы Брюль и Къер. http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8309.pdf). Их линейная характеристика, которую допускается использовать в метрологических целях, значительно уже. Для целей мониторинга можно использовать весь частотный диапазон, но тогда допустимо давать оценку не в единицах ускорения, а в приращениях по отношению к предыдущему замеру или эталонному значению. Эти соображения и данные экспериментов показали, что достаточно использовать акселерометр с частотной характеристикой до 100 кГц.Practice has shown that with increasing waveguide length, relatively high-frequency oscillations decay faster. This is due to the fact that the logarithmic decrement of vibrations, which displays the rate of attenuation of free vibrations in one period, for most structural materials is practically independent of the frequency of these vibrations. But at the same propagation velocity of longitudinal waves during the movement of the vibrational energy from the source to the opposite end of the waveguide, the high-frequency components will perform as many times as many oscillation cycles, how many times their frequency is higher. If in the interval of 1.2 ms the component of oscillations at a frequency of 500 kHz performs 600 cycles of oscillation, then the component at 50 kHz will perform only 60 cycles. If the share of losses in each cycle is the same, then it is obvious that more energy will be stored at a lower frequency. For example, with the same initial oscillation amplitude at 500 kHz and 50 kHz and with the same ratio q = a i + 1 / a i (the ratio of amplitudes at the end of a single cycle to the amplitude at the beginning of the cycle), the ratio of amplitudes at the opposite end of the waveguide will be q 540 . This means that at q = 0.9 on the receiving plate, the amplitude of the high-frequency component (500 kHz) will relate to the amplitude of the low-frequency component (50 kHz), as 10 -25 . Practice has also shown that at a large distance from the source of perturbations, the high-frequency components disappear or weaken in the spectrum of vibrations. The experiments also showed that if parallel recording of vibrations in the ranges of low (from 4 to 20 kHz) and high (up to 1 MHz) frequencies then builds their envelopes (the entire record is divided into small sections of time, for each section the effective value is determined , the set of effective values forms the envelope), then they turn out to be largely similar. This means that when vibrations are excited by sets of very short pulses, they form pulses at both high and low frequencies. Since at a long waveguide, vibrations at high frequencies cannot be distinguished from the background of interference, the control of the relatively low-frequency components of vibrations can be carried out by an accelerometer. Most industrial accelerometers have a resonant frequency of not more than 100 kHz (piezoelectric accelerometers from Bruhl and Kj Кr. Http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8309.pdf). Their linear characteristic, which can be used for metrological purposes, is much narrower. For monitoring purposes, you can use the entire frequency range, but then it is permissible to give an estimate not in units of acceleration, but in increments relative to the previous measurement or reference value. These considerations and experimental data showed that it is enough to use an accelerometer with a frequency response of up to 100 kHz.
Пример:Example:
Для случая отлаженного процесса электронно-лучевой обработки, когда не требуется подробный анализ реакции, происходящей в заготовке после ее облучения, можно воспользоваться простым критерием оценки объема преобразований в материале заготовки. В настоящем изобретении предложен критерий, оценивающий величину «U» по формуле (1), который пропорционален энергии ВА сигнала в выбранной октавной полосе на протяжении времени «Т», в течение которого амплитуда сигнала превышала фоновое значение. Количество этой энергии говорит об объеме преобразований в материале заготовки. На фиг. 4 представлен график зависимости энергетического параметра «U» для октавной полосы 22-44 кГц, подсчитанного по формуле (1), от зарядного напряжения электронной пушки при облучении алюминиевых пластин. Точками показаны значения показателя «U» в каждом отдельном эксперименте. В данном случае под действием подаваемой энергии в материале происходили процессы плавления, испарения, охлаждения и кристаллизации. Представленная осредненная зависимость на фиг. 4 после 17 кВ близка к линейной. Однако при облучении, например, тонких пленок количество вещества, способного к преобразованиям, может быть ограничено. В этом случае зависимость, подобная фиг. 4, будет иметь уровень насыщения, по которому можно определять значение рационального зарядного напряжения. При работе электронной пушки в режиме подачи импульсов в виде пучка потоков с нескольких электродов возможен существенный разброс получаемых результатов. С помощью предложенного способа можно оперативно оценивать интегральный результат и принимать решение о повторении импульсного воздействия на объект.For the case of a streamlined process of electron beam processing, when a detailed analysis of the reaction occurring in the preform after its irradiation is not required, you can use a simple criterion for assessing the volume of transformations in the preform material. The present invention proposed a criterion that estimates the value of "U" according to the formula (1), which is proportional to the energy of the VA signal in the selected octave band during the time "T", during which the signal amplitude exceeded the background value. The amount of this energy indicates the volume of transformations in the workpiece material. In FIG. Figure 4 shows a graph of the dependence of the energy parameter “U” for the octave band 22-44 kHz, calculated by formula (1), on the charging voltage of the electron gun when irradiating aluminum plates. The dots indicate the values of the “U” indicator in each individual experiment. In this case, under the influence of the supplied energy, processes of melting, evaporation, cooling, and crystallization took place in the material. The presented averaged relationship in FIG. 4 after 17 kV is close to linear. However, when irradiating, for example, thin films, the amount of transformable material can be limited. In this case, a relationship similar to FIG. 4 will have a saturation level by which a rational charging voltage value can be determined. When the electron gun operates in the mode of supplying pulses in the form of a beam of streams from several electrodes, a significant scatter in the results is possible. Using the proposed method, you can quickly evaluate the integral result and make a decision on the repetition of the pulsed impact on the object.
Применение дополнительной более высокой октавы обосновывается тем, что энергетические показатели ВА сигнала в более высокочастотной октаве тем выше, чем больше в наблюдаемых в объекте процессах относительно коротких импульсов. Такие импульсы обычно преобладают в начальные мгновения после электронного воздействия. Их нехватка ведет к вялому течению дальнейших преобразований. Например, при облучении алюминиевых пластин при зарядном напряжении 22 и 16 кВ, соотношение между показателями «U» для октавы 22-44 кГц составило 10, а для октавы 11-22 кГц это соотношение было 17. Это говорит о том, что на стадии подачи рабочего импульса процессы плавления и испарения были малозаметны, что и привело к малым объемам прошедших превращений.The use of an additional higher octave is justified by the fact that the energy indices of a VA signal in a higher frequency octave are the higher, the more relatively short pulses are observed in the processes observed in the object. Such impulses usually prevail in the initial moments after electronic exposure. Their lack leads to a sluggish course of further transformations. For example, when irradiating aluminum plates at a charging voltage of 22 and 16 kV, the ratio between the “U” values for the octave 22-44 kHz was 10, and for the octave 11-22 kHz this ratio was 17. This suggests that at the supply stage of the working pulse, the melting and evaporation processes were hardly noticeable, which led to small volumes of the past transformations.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - уменьшение влияния электромагнитных помех, упрощение процедуры регистрации сигналов вибраций при облучении деталей в вакуумной камере с помощью электронной пушки, упрощение процедуры сравнения объемов происходящих в детали превращений с эталонным значением по параметрам сигналов вибраций - решена, а заявленный технический результат - повышение точности настройки аппаратуры, определяющей параметры импульсов электронного пучка, воздействующего на объект, и обеспечение производительности электронно-пучковой обработки - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the task is to reduce the influence of electromagnetic interference, simplify the procedure for recording vibration signals when parts are irradiated in a vacuum chamber using an electron gun, simplify the procedure for comparing the volumes of transformations occurring in a part with a reference value for vibration signal parameters - solved, and the claimed technical result is an increase in the accuracy of tuning the equipment that determines the parameters of the pulses of the electron beam acting on the object, and ensure Cross-sectional performance of electron-beam processing - achieved.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к электрофизическим методам обработки, в частности к электронно-лучевой обработке в вакуумных камерах;- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, relates to electrophysical processing methods, in particular to electron beam processing in vacuum chambers;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и/или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object as described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above and / or known from the prior art on the priority date is confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the patentability criteria of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130620A RU2702537C1 (en) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018130620A RU2702537C1 (en) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2702537C1 true RU2702537C1 (en) | 2019-10-08 |
Family
ID=68171156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018130620A RU2702537C1 (en) | 2018-08-23 | 2018-08-23 | Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2702537C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02155579A (en) * | 1988-12-06 | 1990-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Method and device for piercing by energy beam |
RU2049630C1 (en) * | 1993-04-30 | 1995-12-10 | Пермский государственный технический университет | Apparatus for beam treatment of materials |
US5871805A (en) * | 1996-04-08 | 1999-02-16 | Lemelson; Jerome | Computer controlled vapor deposition processes |
WO2001011106A1 (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-15 | General Electric Company | Electron beam physical vapor deposition apparatus |
RU2567962C2 (en) * | 2014-02-25 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий" | Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end |
RU2664012C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-14 | Борис Никитович Васичев | Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation |
-
2018
- 2018-08-23 RU RU2018130620A patent/RU2702537C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02155579A (en) * | 1988-12-06 | 1990-06-14 | Mitsubishi Electric Corp | Method and device for piercing by energy beam |
RU2049630C1 (en) * | 1993-04-30 | 1995-12-10 | Пермский государственный технический университет | Apparatus for beam treatment of materials |
US5871805A (en) * | 1996-04-08 | 1999-02-16 | Lemelson; Jerome | Computer controlled vapor deposition processes |
WO2001011106A1 (en) * | 1999-08-04 | 2001-02-15 | General Electric Company | Electron beam physical vapor deposition apparatus |
RU2567962C2 (en) * | 2014-02-25 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий" | Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end |
RU2664012C1 (en) * | 2017-05-12 | 2018-08-14 | Борис Никитович Васичев | Electron-beam processor of a quantum computer and the method of its implementation |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
RU 2567962 C2 C2, 10.11.2015. * |
В.Б.ВОРОНЦОВ и др."Связь структуры сигналов акустической эмиссии при кристаллизации Al с механизмом формирования твердой фазы из расплава",Вестник Новгородского государственного университета, N67, 2012, с.8-13. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lebon et al. | Experimental and numerical investigation of acoustic pressures in different liquids | |
Mitome | The mechanism of generation of acoustic streaming | |
JP5774469B2 (en) | Liquid level measuring device, method and program | |
WO2012056913A1 (en) | Evaluation method and evaluation system for impact force of laser irradiation during laser peening and laser peening method and laser peening system | |
RU2698524C1 (en) | Method of monitoring electron-beam technology of surface alloying and thermal treatment in vacuum chambers | |
EP3150323B1 (en) | Laser processing apparatus, laser processing method and distance measurement method | |
Tzanakis et al. | In situ synchrotron radiography and spectrum analysis of transient cavitation bubbles in molten aluminium alloy | |
JP2007152434A (en) | Laser shock peening system with time-of-flight monitoring | |
RU2702537C1 (en) | Method for rapid assessment of results of electron-beam thermal action on objects in a vacuum chamber | |
Schreiner et al. | 3D flow simulations and pressure measurements for the evaluation of cavitation dynamics and flow aggressiveness in ultrasonic erosion devices with varying gap widths | |
Anderson | Vortex‐Ring Structure‐Transition in a Jet Emitting Discrete Acoustic Frequencies | |
DE102014017780A1 (en) | Method for the frequency-specific monitoring of the laser machining of a workpiece with pulsed radiation and apparatus for its implementation | |
US4353256A (en) | Non-contact measurement of physical properties of continuously moving metal strip | |
Futakawa et al. | Cavitation damage prediction for spallation target vessels by assessment of acoustic vibration | |
RU2734449C2 (en) | Method, device and application of device for quantitative determination of concentration or particle size of components of heterogeneous mixture of substances | |
Bai et al. | Investigation of impact loads caused by ultrasonic cavitation bubbles in small gaps | |
RU2727338C1 (en) | Method for acoustic monitoring of electron-beam surface alloying in vacuum chambers | |
Naoe et al. | Pressure wave induced sound measurement for diagnosing the operation status of the J-PARC pulsed spallation neutron source | |
Bornmann et al. | Self-sensing ultrasound transducer for cavitation detection | |
Shannon et al. | Mechanical stress power measurements during high‐power laser ablation | |
Naoe et al. | Optically observation of mercury cavitation bubble collapsing | |
JP2019138712A (en) | Crystal grain evaluation device and crystal grain evaluation method | |
RU2191370C2 (en) | Process of control over structural changes of phase transitions and of chemical composition of metals | |
Diaci et al. | A study of energy conversion during Nd: YAG laser ablation of metal surfaces in air by means of a laser beam deflection probe | |
Fan et al. | 2P1-8 Characteristics of Shock Waves by CNT Coated Laser Generated Ultrasound Transducers |