Способ управления частотой и длительностью импульсов тока электронного пучка

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке. Цель изобретения - повышение эффективности нагрева при сварке и точности управления процессом. В качестве информационного сигнала используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пучка с материалом, в момент появления которого отключают ток пучка. Это позволяет однозначно, по появлению сигнала судить о концентрации испарившегося металла над сварочной ванной и осуществить гибкое управление модуляцией тока пучка. Строгая зависимость появления сигнала радиоизлучения от концентрации и погонной энергии, вводимой в материал, позволяет установить эффективность и точный импульсный режим сварки и закон теплового воздействия на материал путем отключения тока пучка. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) (б(1 4 В 23 К 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ р",щю нЦ ;-:,.-1,;; l„ ;,,éÈÞ

Г,Ь,, |с д, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ CHHT СССР (2l) 4367665/31-27 (22) 23.11.87 (46) 30.06.89, Бюл. ¹ 24 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) С.Г. Горный, С.А. Ильин и Г.В. Логинов (53) 621.791.72 (088.8) (56) Патент США ¹ 3780256, кл. 219121, 18.12.73. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ И

ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ИМПУЛЬСОВ ТОКА ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке. Цель изобретения — повышение эффективности нагрева при сварке и точности управления, Изобретение относится к электронно-лучевой сварке.

Цель изобретения — повышение эффективности нагрева при сварке и точ ности угравления процессом.

На чертеже изображена схема устройства для реализации способа.

Процесс электронно-лучевой сварки имеет периодичный характер вследствие периодичного рассеяния электронов пучка нейтральными атомами пара, концентрации которого достаточно для существенной расфокусировки пучка. Это приводит к снижению удельной мощности в пятне нагрева и эффективности процесса обработки, появлению корневых дефектов, пор, пульсаций в корне шва, уширения в верхней части шва. процессом. В качестве информационного сигнала используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пучка с материалом, в момент появления которого отключают ток пучка. Это позволяет однозначно, по появлению сигнала судить о концентра— ции испарившегося металла над свароч— ной ванной и осуществить гибкое управление модуляцией тока пучка. Строгая зависимость появления сигнала ра— диоизлучения от концентрации и погонной энергии, вводимой в материал,позволяет установить эффективный и точный импульсный режим сварки и закон теплового воздействия на материал пу- а тем отключения тока пучка. 1 ил.

Время от начала воздействия электронного пучка на материал до момента рассеяния электронов на парах испаренного при этом материала является временем эффективноro взаимодействия пучка с передней стенкой канала проплавления. Дальнейший непрерывный нагрев передней стенки канала проплавления является неэффективным вследствие того, что интенсивное испарение приводит к рассеянию пучка на обра— зовавшихся парах металла и снижению концентрации вводимой энергии, уши рению верхней части шва.

Эффективность и стабилизация про— цесса электронно-лучевой сварки до-. стигаются тем, что при появлении концентрации паров испаренного материа—

1489947 ла, достаточной для рассеяния электронов пучка, отключают ток пучка на время снижения концентрации паров над сварочной ванной до уровня, обеспечи- 5 вающего давление пара в канале проплавления, при котором происходит незначительное рассеяние пучка электронов, но достаточное для удержания расплава на стенках парогазового канала проплавления, не допуская пере- . крытия его расплавленным металлом.

В качестве информационного сигнала используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пуч- 1,5 ка с материалом. Природа радиоизлуче,ния описывается тем, что при нарушении квазинейтральной плазмы выведенные из состояния равновесия электроны должны начать колебания с круговой 20 частотой 4 ние

Я = о m

25. обычная частота будет:

6 о

f — -- = 8960,и

О 2Я. где п — число электронов в 1 см

Э, m — масса электрона, кг; . 30 е — элементарный заряд электрона, Кл, Частота пропорциональна концентра ции ионизированных паров испаренного ,материала. 35

Появление радиоизлучения с частотой, соответствующей концентрации паров над сварочной ванной, достаточной для рассеяния электронов пучка, говорит о дальнейшей нецелесообразности 40 процесса ° В момент появления сигнала радиоизлучения отключают ток пучка на время существования сигнала радиоиз лучения.

В состав устройства входят элект- 45 ронно-оптическая система 1 с источни,ком 2 смещения на управляющем электроде электронно-оптической системы 1.

Приемник 3 светового излучения и полупроводниковый лазер 4 связан по" средством оптического тракта 5. С по:лупроводниковым лазером 4 через устройство 6 сравнения связан приемник 7 радиоизлучения.

Способ осуществляется следующим образом.

Электронно: -оптическая система 1 генерирует электронный пучок. Током пучка управляет источник 2 смещения на управляющем электроде, Сигнал управления источником 2 вырабатывается приемником 3 светового излучения,,который принимает световой поток, генерируемый полупроводниковым лазером 4.

Посредством использования оптическоD

ro тракта 5 для передачи сигналов управления источником 2 смещения производится гальваническая развязка высоковольтной и низковольтной цепей установки.

Информационный сигнал поступает на приемник 7 радиоизлучения сантиметрового диапазона, если воспринимают колебания электронов плазмы,,или метрового диапазона, что соответствует колебаниям Ионов плазмы, Приемник 7 работает в режиме частотной модуляции.

В результате в частотном детекторе приемника изменения частоты сигнала преобразуют в изменения амплитуды.

Воспринимаемая частота сигнала соответствует концентрации ионизированных паров испаренного материала. Таким образом, приемник 7 регистрирует изменение концентрации ионизированных паров испаренного материала и этому соответствует рост амплитуды сигнала на его выходе, что регистрируется устройством 6 сравнения, кото— рое вырабатывает сигналы управления полупроводниковым лазером 4.

Информационным сигналом, в качестве которого используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пучка с материалом, управляют электронно-оптической системой. Причем в момент появления сигнала радиоизлучения осуществляют отключение тока пучка.

В предлагаемом способе в качестве информационного сигнала используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пучка с материалом, в момент появления которого отключают ток пучка, что позволяет однозначно, по появлению сигнала, су— дить о концентрации испаренного металла над сварочной ванной и осуществить гибкое управление модуляцией тока пучка по процессу электронно-лучевой сварки.

Строгая зависимость появления сигнала радиоизлучения от концентрации и погонной энергии, вводимой в материал, позволяет установить отключением электронного пучка эффективный и точный импульсный режим электронно47

Формула из обретения

Составитель И. Фролов

Редактор Н.Киштулинец Техред Л.Сердюкова

Корректор В.Гирняк

Заказ 3621/18 Тираж 894 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101

14899 лучевой сварки и закон теплового воздействия на материал.

Реализацию предлагаемого способа проводили на установках типа А.306.13 и У-250 с доработкой, указанной вышее, с учетом возможности модулирования током электронного пучка с частотой до 1000 Гц. Проплавляли материалы

АМг-Ь и Х18Н9Т при токе электронного пучка в импульсе (50"150)«10 А, при ускоряющем напряжении 20-30 кВ. Фокальную плоскость относительно изделия в процессе сварки не меняли. Частоту воздействия электронного пучка на материал изменяли в зависимости от материала, удельной и погонной мощности, вводимой в материал, в предел ах 300-800 Гц, 20

Использование .предлагаемого способа импульсной электронно-лучевой сварки по сравнению с прототипом обеспечивает следующие преимущества: повышает точность улравления процессом, а сле- 2б довательно. и эффективность нагрева при сварке, увеличивает глубину проплавления, устраняет уширение шва в верхней части за счет гибкого, устанавливаемого самим процессом обработ- 30 ки электронным пучком металла, времени эффективного воздействия пучка, обеспечивая тем самым давление пара в канале проплавления, при котором происходит незначительное рассеяние пучка электронов, но достаточного дпя удержания расплава на станках парогазового канала проплавления, не допуская его перекрытия расплавленным металлом и стабилизируя тем самым процесс плавления и последующей кристаллизации металла шва; позволяет до биться эффективного управления частотой и длительностью электронного пуч ка без дополнительных исследований, связанных с корреляцией амплитуды сигнала управления и концентрацией испаренного материала. (Способ управления частотой и длительностью импульсов тока электронного пучка в процессе импульсной электронно-лучевой сварки по информационному сигналу, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения эффективности нагрева при сварке и точности управления процессом, в качестве информационного сигнала используют сигнал радиоизлучения из зоны взаимодействия электронного пучка с материалом, в момент появления которого отключают ток пучка на время существования сигнала радиоизлучения.