Способ электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области управления сварочными процессами, в частности к управлению электронно-лучевой сваркой. Изобретение позволяет повысить качество сварки путем повышения точности стабилизации глубины проплавления и устранения корневого дефекта, для чего информация о глубине проплавления поступает от датчика рентгеновского излучения, расположенного со стороны, противоположной введению луча. Управление глубиной проплавления осуществляется посредством расфокусировки луча, а управление током луча при помощи сигнала расфокусировки. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. to Од 4i 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3824289/25-27 (22) 17.12.84 (46) 30.09.86. Бюл. № 36 (72) В. Д. Лаптенок, С. Г. Баякин, В. Я. Браверман и М. А. Федоров (53) 621.791.75 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1123803, кл. В 23 К 9/10, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 733921, кл. В 23 К 15/00, 1978. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ

СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

ÄÄSUÄÄ 1260142 А1 (57) Изобретение относится к области управления сварочными процессами, в частности к управлению электронно-лучевой сваркой. Изобретение позволяет повысить качество сварки путем повышения точности стабилизации глубины проплавления и устранения корневого дефекта, для чего информация о глубине проплавления поступает от датчика рентгеновского излучения, расположенного со стороны, противоположной введению луча. Управление глубиной проплавления осуществляется посредством расфокусировки луча, а управление током луча при помощи сигнала расфокусировки. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.! 2601

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к способам контроля и слежения за глубиной проплавления.

Цель изобретения — повышение качества сварки путем повышения точности сварки и устранения корневых дефектов.

Сущность способа заключается в том, что в процессе электронно-лучевой сварки управление глубиной проплавления осуществляется посредством изменения тока фокусирующей системы.

На основании экспериментальных исследований о влиянии тока фокусирующей системы на появление корневого дефекта установлено, что корневые дефекты устраняются при расфокусировке электронного луча на определенную величину относительно первоначальной фокусировки луча на поверхности свариваемого изделия. Также установлено, что максимальной глубине проплавления соответствует положение фокальной точки вблизи поверхности свариваемых изделий.

На фиг. 1 графически изображены характеристики, поясняющие зависимость глубины проплавления от тока фокусирующей линзы и от тока электронного луча; на фиг. 2 — блок-схема устройства.

Пунктиром (фиг. 1) обозначен интервал значений тока фокусирующей линзы, при которых во время сварки образуется корневой дефект. Значение 1ф соответствует фокусировке луча, при которой достигается мак симальная глубина проплавления

Глубину проплавления ho можно достичь при токе фокусирующей линзы 1ф,> и тока луча 1„, но при этом сварка будет осуществляться с наличием корневого дефекта.

Та же глубина проплавления достигается при значениях тока фокусирующей линзы

1,или 14, и токе луча 1». Во втором случае появление корневого дефекта будет исключе, но.

Управлять глубиной проплавления можно как током луча, так и током фокусирующей линзы. Последнее предпочтительней, поскольку влияние тока фокусирующей линзы на глубину проплавления значительнее, чем влияние тока луча. В частности, изменение глубины проплавления на 25Я достигается за счет изменения тока фокусирующей линзы на 2Я, а изменения тока луча на ЗОЯ. К тому же расфокусировка в отличие от изменения тока луча не меняет вводимую энергию, что делает более стабильными другие характеристики шва. Согласно этому способ предусматривает управление глубиной проплавления посредством изменения тока фокусирующей линзы, а изменением тока луча устранять корневой дефект.

В устройстве для электронно-лучевой сварки электронная пушка 1,питаемая высоковольтным источником 2, создает пучок электронов, который фокусируется на поверхности свариваемого изделия с помощью

1О

15 го

42

2 фокусирующей системы 3 и устройства 4 фокусировки. Рентгеновское излучение, возникающее в сварочной ванне, преобразуется в электрический сигнал датчиком 5 рентгеновского излучения, установленным со стороны свариваемого изделия, противоположной введению пучка электронов, и контролируется измерительным прибором 6. С целью стабилизации глубины проплавления сигнал с датчика рентгеновского излучения подают на первое устройство 7 сравнения, которое осуществляет сравнение сигнала с датчика и заданного напряжения, формируемого первым задающим устройством 8. Разностный сигнал через однополярный усилитель 9 подается на дополнительную фокусирующую систему 10, обладающую высоким быстродействием. Магнитные поля, создаваемые основной и дополнительной фокусирующими системами, суммируются. Для управления током . электронного пучка используется второе устройство 11 сравнения, на входы которого подается сигнал с выхода однополярного усилителя 9 и заданных напряжений, поступающих через переключатель 12 со второго задающего устройства 13 и третьего задающего устройства 14, с помощью которых задаются напряжения разной полярности.

Разностный сигнал, снимаемый с выхода второго устройства сравнения через интегратор 15, поступает на третье устройство 16 сравнения, второй вход которого подключен к четвертому задающему устройству 17. Напряжение, снимаемое с выхода третьего устройства 16 сравнения, поступает в канал управления током электронного пучка высоковольтного источника.

Работа устройства заключается в следующем.

Переключатель 12 устанавливается в первое положение, соответствующее режиму подготовки, при котором соединяются вход и выход интегратора 15 и выходное напряжение интегратора равно нулю. С помощью четвертого задающего устройства 17 устанавливается малый ток электронного пучка, при котором осуществляется фокусировка пучка с использованием фокусирующеи системы 3 и устройства 4 фокусировки. Затем переключатель 12 устанавливают во второе положение, соответствующее режиму сварки, при котором на вход второго устройства 11 сравнения поступает положительное напряжение с второго задающего устройства 13. С помощью интегратора 15 и третьего устройства 16 сравнения в канале управления током высоковольтного источника формируется линейно нарастающий сигнал, задающий ток электронного пучка, и начинается сварка. В процессе сварки происходит периодическое углубление электронного пучка в свариваемый материал вследствие периодического выброса материала из канала. Рентгеновское излучение, воспринимаемое датчиком 5, носит периодический характер и отражает процесс углубления канала в свариваемый материал. Напряжение, формируемое датчиком 5, од1260142

Формула изобретения нозначно определяется расстоянием от корня канала до обратной поверхности свариваемого изделия и контролируется измерительным прибором 6, представляющим собой пиковый вольтметр, показания которого характеризуют глубину проплавления. При достижении глубины проплавления определенного заданного значения, устаналиваемого с помощью первого задающего устройства 8, когда пульсирующий сигнал датчика 5 рентгеновского излучения начинает превышать напряжение уставки, формируемое первым задающим устройством 8, разностный сигнал, снимаемый с первого устройства 7 сравнения, усиливается однополярным усилителем 9 и поступает в дополнительную фокусирующую систему 10, с помощью которой осуществляется расфокусировка электронного луча и предотвращение дальнейшего углубления сварочного канала.

За счет периодической расфокусировки пучка электронов в момент достижения сварочного канала заданной глубины осуществляется стабилизация глубины проплавления.

Процесс нарастания тока электронного пучка продолжается до тех пор, пока сигнал, поступающий в дополнительную фокусирующую систему, не сравняется с уставкой, формируемой вторым задающим устройством

13. С помощью этой уставки устанавливается требуемая расфокусировка электронного пучка, при которой исключаются корневые дефекты в сварном шве. После этого величина тока электронного пучка автоматически поддерживается на уровне, необходимом для стабилизации глубины проплавления и формирования качественного сварного шва. При окончании сварки перекключатель 12 устанавливается в третье положение, при котором на вход интегратора

15 поступает отрицательное напряжение, формируемое третьим задающим устройством 14, и происходит линейное уменьшение тока электронного пучка.

Предлагаемые способ и устройство обладают высокой точностью, поскольку на результаты измерения глубины проплавления не оказывают влияние изменения параметров сварочного режима, скорости сварки, пульсации высоковольтного источника, а также электрические наводки. Устройство может применяться при сварке изделий как с частичным, так и с полным проплавлением, когда величина непроплава задается в диапазоне 0 — 5 мм.

Таким образом, за счет высокого быстродействия дополнительной фокусирующей о

25 зо

45 системы, входящей в систему стабилизации, устраняются колебания глубины проплавления, обусловленные колебательным характером процесса формирования сварного шва, так как происходит стабилизация глубины сварочного канала при каждом колебании.

1. Способ электронно-лучевой сварки, при котором контролируют глубину проплавления и стабилизируют ее изменением тока фокусирующей системы, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем повышения точности сварки и устранения корневых дефектов, ток электронного пучка изменяют в зависимости от величины тока фокусирующей системы.

2. Устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее вакуумную камеру, электронно-лучевую пушку с подключенным к ней источником питания электронно-лучевой пушки, устройство фокусировки луча, выход которого связан с входом фокусирующей системы, датчик глубины проплавления, выход которого связан с измерительным прибором и первым входом первого устройства сравнения, первое задающее устройство, подключенное к второму входу первого устройства сравнения, выход которого связан с входом усилителя, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества сварки путем повышения точности сварки и устранения корневых дефектов, оно дополнительно содержит вторую фокусирующую систему, два устройства сравнения, три задающих устройства, интегратор и переключатель с тремя замыкающими группами контактов, при этом выход усилителя связан с входом второй фокусирующей системы и первым входом второго устройства сравнения, выход которого через интегратор связан с первым входом третьего устройства сравнения, первая замыкающая группа контактов переключателя связана с входом и выходом интегратора, вторая группа контактов связана с выходом второго задающего устройства и вторым входом второго устройства сравнения, третья группа контактов связана с выходом третьего задающего устройства и с вторым входом второго устройства сравнения, выход четвертого задающего устройства связан с вторым входом третьего устройства сравнения, выход которого связан с источником питания электронно-лучевой пушки.

1260142 ф2 Й / (Риг.1

Составитель В. Покровский

Редактор E. Конча Техред И. Верес Корректор A. Зимокосов

Заказ 5167/9 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент». г. Ужгород, ул. Проектная, 4