DE2210014A1

DE2210014A1 - Electron-beam welding - with increased surface impact of beam

Info

Publication number: DE2210014A1
Application number: DE19722210014
Authority: DE
Inventors: Michel Alais; Jean Angely; Robert Caillot; Francois Corcelle
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1972-03-02
Publication date: 1973-09-13

Abstract

The longitudinal frequency of a deflection coil in electron beam welding which is subjected to a periodic voltage is varied in one of three ways : (1) a voltage is superimposed on the periodic voltage which varies with a frequency which is a multiple of or equal to the longitudinal frequency; (2) the Wehnelt cylinder is subjected to a voltage which is a multiple of or equal to the longitudinal frequency; and (3) a current is passed through the focussing coil whose intensity varies with a frequency which is a multiple of or equal to the longitudinal frequency.

Description

ARBEITSKANONE ZUM SCHWEISSEN MIT GROSSER LINEARER GESCHWINDIGKEIT DURCH ELEKTRONENBESCHUSS In der Patentanmeldung P 21 64 125.8 vom 23. Dezember 197tist eine zum Schweißen durch Elektronenbeschuß bestimmte Arbeitskanone beschrieben, die es gestattet, in der Schweißebene einen hinsichtlich der Mittelachse des Bündels nicht symmetrischen Fleck zu Xerhalten. Die Verlängerung des Flekkes in Richtung der Verbindungsebene der zwei zu verschweissenden Werkstücke gestattet es, eine verlängerte Erwärmung des Metalls in der Schmelze zu erhalten und durch dieselbe lineare Schweißgeschwindigkeit dünne oder mitteldicke Bleche zu vergrößern. Diese Unsymmetrie des Bündels wird gemäß der vorgenannten Patentaffmeldung durch eine schwache Veränderung des symmetrischen Aufbaus der Kanone erreicht. Im übrigen genügt es, eine sehr schwache Unsymmetrie des Aufbaus hervorzurufen, um eine beachtliche Unsymmetrie des Bündels zu erhalten. WORKING CANNON FOR WELDING WITH HIGH LINEAR SPEED BY ELECTRON Bombardment in the patent application P 21 64 125.8 of December 23, 197t describes a working gun intended for welding by electron bombardment, which allows one in the welding plane with respect to the central axis of the bundle not obtained symmetrical spot to X. The extension of the Flekkes towards the connection level of the two workpieces to be welded allows one to obtain prolonged heating of the metal in the melt and through the same linear welding speed to enlarge thin or medium-thick sheets. These Unbalance of the bundle is according to the aforementioned patent application by a achieved a slight change in the symmetrical structure of the cannon. Otherwise it is sufficient it causes a very weak asymmetry of the structure to a considerable one Maintain asymmetry of the bundle.

Die vorliegende Erfindung verwirklicht eine unsymmetrische Verteilung der Bündelenergie dadurch, daß eine Kanone mit symmetrischem Aufbau verwendet wird, wobei aber das Bündel zu einer programmierten Abtastung gezwungen wird. Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung durch Elektronenbeschuß, in der das Elektronenbündel eine Abtastung bewirkt, die hinsichtlich der Mittelstellung des Bündels zu einer unsymmetrischen Energieverteilung führt.The present invention realizes an unsymmetrical distribution the bundle energy by using a cannon with a symmetrical structure, but the bundle is forced to a programmed scan. The invention relates to an electron bombardment welding device in which the electron beam a scan causes the center position of the bundle to a asymmetrical energy distribution leads.

Im Verlauf des Schweißens gibt es drei sehr unterschiedliche Energieniveaus beanspruchende Etappen: Die erste Etappe betrifft den Durchstich des Metalls. Diese Etappe beansprucht eine Energiezufuhr, die es gestattet, die Metalltemperatur der zwei vorliegenden Werkstücke bis zur Schmelztemperatur anzuheben; eine weitere Zufuhr entsprechend der Schmelzenergie, dann eventuell eine letzte Zufuhr, wodurch die Metalltemperatur bis zur Verdampfungstemperatur angehoben werden kann.There are three very different energy levels in the process of welding demanding stages: The first stage concerns the piercing of the metal. These The stage requires an energy supply that allows the metal temperature to be maintained to raise two existing workpieces to the melting temperature; another feed according to the melting energy, then possibly a last feed, whereby the Metal temperature can be raised up to the evaporation temperature.

Die zweite Etappeesteht darin, das schon geschmolzene Material während der für die Evakuierung des Gases oder der Dämpfe, die freigesetzt oder im Verlauf der vorhergehenden Etappe gebildet sind, notwendigen Zeit im Zustand der Schmelze zu halten; die Lieferenergie muß in diesem Falle merklich die durch Strahlung und durch Wärmeleitung bedingten W~rmeverluste des Metalls kompensieren.The second stage consists in using the already melted material during that for evacuation of the gas or vapors that are released or in the course the previous stage, necessary time in the state of melt to keep; the supply energy must in this case noticeably that of radiation and Compensate for heat losses of the metal caused by heat conduction.

Im Verlauf der dritten Etappe muß sich das geschmolzene Metall langsam unter Bedingungen abkühlen, die seine Kristallisation in der gewünschten Form gestatten. Es versteht sich, daß die Wärme zur Zulieferung zum Metall im Verlaufe dieser letzten Etappe nur sehr partiell die Wärmeverluste kompensieren darf, die das Metall im Verlauf der Abkühlung-erfahren hat.During the third stage, the molten metal must slowly move cool under conditions which allow it to crystallize in the desired form. It is understood that the heat to be supplied to the metal in the course of this last Stage may only partially compensate for the heat losses that the metal in the The course of cooling-experienced.

Die Niveaus oder Höhen der während jeder dieser Etappen heranzubringenden Energie sind im Verlaufe einer Abtastung sehr unterschiedlich.The levels or heights of those to be brought up during each of these stages Energies are very different in the course of a scan.

Es ist somit erwtlflstht, um den Mittelpunkt des Weges des Bündels eine Abtastung auszuführen, während der man die Wärmeenergie an jeder Stelle variieren läßt. Diese Energie wird entweder durch eine Veränderung der Durchgangsgeschwindigkeit des Bündels an jeder Stelle oder durch eine Defokussierung oder schließlich durch eine Veränderung der Leistung variiert, die durdidas Bündel dank einer Moduladen tion der Spannung ausgesendet ist, die an Wehnelt-Zylinder gelegt worden ist. Es versteht sich, daß diese verschiedenen Mittel getrennt-, gleichzeitig oder zu jeweils zweien in Kombination verwendet werden können.It is thus chosen to be at the midpoint of the path of the bundle to carry out a scan during which one varies the thermal energy at each point leaves. This energy is either due to a change in the speed of passage of the bundle at any point or by defocusing or finally by a change in power varies, the durdidas bundle thanks to a modular load tion of the voltage that has been applied to the Wehnelt cylinder. It it is understood that these different means can be used separately, simultaneously or at each two can be used in combination.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schweißkanone durch Elektronenbeschuß in welcher die Ablenkspulen periodischen Spannungen ausgesetzt werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man mit einer Längsablenkungsfrequenz variieren läßt, d.h. in der Richtung parallel zur Schweißnaht, wobei die Elektronenenergie jeden Punkt der Beschlußstellen erwärmt und diese Veränderung durch mindestens eines der folgenden Verfahren erhalten wird: a) Man fügt den periodischen Spannungen, denen die Ablenkspulen unterworfen werden, Spannungen hinzu, die sich periodisch mit einer Frequenz verändern, die ein Vielfaches, oder gleich der Längsablenkungsfrequenz ist; b) man unterwirft den Wehnelt-Zylinder einer periodisch mit einer Frequenz sich verändernden Spannung, die ein Vielfaches oder gleich der Längsablenkungsfrequenz ist; c) man läßt einen Strom in der Fokussierungsspule hindurchlaufen, dessen Intensität sich periodisch mit einer Frequenz verändert, die ein Vielfaches oder gleich der Längsablenkungsfrequenz ist.The subject of the invention is a welding gun by electron bombardment in which the deflection coils are subjected to periodic voltages. The invention is characterized in that it is allowed to vary with a longitudinal deflection frequency, ie in the direction parallel to the weld seam, the electron energy heating every point of the termination points and this change being obtained by at least one of the following methods: a) The periodic voltages are added, to which the deflection coils are subjected to voltages which vary periodically at a frequency which is a multiple of or equal to the longitudinal deflection frequency; b) the Wehnelt cylinder is subjected to a voltage which changes periodically with a frequency which is a multiple or equal to the longitudinal deflection frequency; c) a current is allowed to pass through the focusing coil, the intensity of which changes periodically at a frequency which is a multiple of or equal to the longitudinal deflection frequency.

Man kann die Bündelrichtung einer Vibration mit konstanter Frequenz längs der Schweißachse, eventuell mit einer Querkomponente, unterziehen und die Geschwindigkeit der kleinen Aufprallzone des Bündels auf die zu verschweißenden Werkstücke derart modulieren, daß die Bündelenergie gemäß den oben aufgezählten Etappen verteilt wird. In diesem Fall ist die Geschwindigkeit des Bündels in der~ Zone entsprechend vor dem Schweißangriff langsam; sie ist größer in der Nähe der Zone der Flüssighaltung und noch größer in der Zone nahe der Vorderseite der Kristallisation.One can determine the direction of the beam of a vibration with a constant frequency along the welding axis, possibly with a transverse component, and the Speed of the small zone of impact of the bundle on those to be welded Modulate workpieces in such a way that the bundle energy according to the above enumerated stages is distributed. In this case it is the speed of the bundle slow in the ~ zone accordingly before the attack of sweat; she is bigger in the Near the zone of liquid holding and even larger in the zone near the front of crystallization.

Man kann auch die Biindelintensität als Funktion der augenblicklichen Stellung des letzteren hinsichtlich des Bündelmittelpunkts variieren. Diese Veränderung der Intensität erhält man dadurch, daß man die an den Wehnelt-Zylindegangelegte Spannung variiert. In dem Fall, wo die Oszillationsfrequenz der Spannung des Wehnelt-Zylinders gleich der der periodischen Spannung ist, die an die Ablenkungsspulen angelenkt ist, ist es wichtig, die stärkste Intensität immer in der Zone entsprechend vor dem Schweißangriff anzulegen.The bundle intensity can also be used as a function of the instantaneous Vary the position of the latter with respect to the center of the bundle. This change the intensity is obtained by applying the angle to the Wehnelt cylinder Voltage varies. In the case where the oscillation frequency of the voltage of the Wehnelt cylinder is equal to that of the periodic voltage applied to the deflection coils it is important to always apply the strongest intensity in the zone accordingly the sweat attack.

Man kann es auch mit der Defokussierung schaffen, die in gleicher Weise zahlreiche Vorteile bietet: Bei einer ziemlich kräftigen Defokussierung des Bündels in dem Teil hinter der Strecke die es in seiner Oszillation um seine Mittelposition durchläuft, vergrößert man die in diesem Teil erwärmte Breite in einer größeren Zone als der eigentlichen genannten'Schweißzone, wobei die Erwärmung in diesem Teil den Zweck hat, die Abkühlung des geschmolzenen Metalls zu verlangsamen; man verkleinert somit die Kühlgeschwindigiceit durch Wärnieleitung des Teiles, wo die Schweißung durchgeführt ist und man verbessert in beachtlichen Verhältnissen den kristallinen Zustand der Schweißung und der unmittelbar angrenzenden Zone. Weiterhin gestattet die Möglichkeit der Modifikation der Regelung der Fokussierung des Bündels in der Zone entsprechend vor dem Schweißangriff, jedesmal, wenn es erwünscht ist, diese einem vorbestimmten Programm folgende Fokussierung einzustellen, wodurch ein Bündel vorgegebener Energie tiefer in das Metall hinabzugelangen vermag.You can also do it with the defocusing, which is the same Way offers numerous advantages: With a rather strong defocusing of the Bundle in the part behind the track which it oscillates around its central position the width heated in this part is increased by a larger one Zone called the actual 'welding zone, with the heating in this part has the purpose of slowing down the cooling of the molten metal; one downsizes thus the cooling speed by conduction of the part where the weld is made carried out and the crystalline state of the is improved in considerable proportions Weld and the immediately adjacent zone. Furthermore, the possibility allows according to the modification of the regulation of the focusing of the beam in the zone before the welding attack, each time it is desired, this a predetermined Program to adjust the following focus, creating a bundle of predetermined energy can go deeper into the metal.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungeng dieur als Beispiel dargestellt sind.Other advantages, features and uses of the present Invention emerge from the following description in conjunction with the drawings which are only shown as an example.

Fig. 1 ist ein Prinzipschema der Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 ist eine Übersicht eines elektronischen Schaltkreises, der auf die Regelungselemente einer Elektronenkanono Fig. 3 zeigt, wie gewisse Spannungen und Intensitäten an gewissen Stellen der Übersicht variieren, und Fig. 4 ist ein Diagramm zur Darstellung der Dauer des Durchgangs des handels an jeder Stelle und der im Verlauf dieses Durchgangs abgegebenen Energie.1 is a basic diagram of the function of a device according to the invention, FIG. 2 is an overview of an electronic circuit which acts on the control elements of an electron gun Fig. 3 shows how certain voltages and intensities vary at certain points in the chart, and Fig. 4 is a graph showing the duration of the passage of the trade at each point and the energy dissipated during that passage.

Tn Fig. 1 sind zwei durch Elektronenbeschluß miteinander zu verschweißende Metallblöcke 1 und 2 dargestellt. Man hat bei 4 die Mittelstellung dargestellt, auf die das Elektronenbündel 3 im Augenblick nahe dem Anfang des Schweißbetriebes auftrifft, und mit 5 die Mittelstellung des Bündeis ein wenig später im Verlauf der Schweißung, nach einem Vorrücken der Länge der Verbindung der Werkstücke 1 und 2.Tn Fig. 1 are two to be welded together by electron beam Metal blocks 1 and 2 shown. The middle position has been shown at 4, on the electron beam 3 at the moment near the start of the welding operation occurs, and with 5 the middle position of the fret a little later in the course the weld, after advancing the length of the connection of the workpieces 1 and 2.

Diese Richtung der Ortsveränderung der Mittelstellung des Bündels bildet die X-Achse der Figur.This direction of change of location of the center position of the bundle forms the X-axis of the figure.

Der Fleck des Bündels 3 wird zur Längsoszillation gezwungen, d.h. in der Richtung der Schweißnaht um seinen Mittelpunkt 5 gemäß einer durch die Punkte 6 und 7 angezeigten Amplitude unter der Wirkung einer periodischen an die Ablenkspulen angelegten Spannung. Der Fleck kann ebenso bei der Bewegung in einer Richtung 50 senkrecht zur X-Achse mitgenommen werden. Schließlich werden erfindungsgemäß die In tensität des Bündels, seine Fokussierung und die an die Anschlüsse der Ablenkspule angelegte Spannung zu einem Programm veranlaßt, welches an eines der Steuerelemente des Bündels oder an mehrere zwischen ihnen eine Oszillatorspannung mit einer Frequenz anlegen läßt, die gleich die Wechseloszillationsfrequenz sein kann, der die Ablenkspulen schon unterworfen sind, oder ein Vielfaches dieser Frequenz.The spot of the bundle 3 is forced to oscillate longitudinally, i. in the direction of the weld around its center point 5 according to one through the points 6 and 7 indicated amplitude under the effect of a periodic on the deflection coils applied voltage. The spot can also move in one direction 50 be taken perpendicular to the X-axis. Finally, according to the invention, the Intensity of the bundle, its focusing and that of the connections of the deflection coil applied voltage causes a program which is sent to one of the control elements of the bundle or to several between them an oscillator voltage with a frequency can apply, which can be the same as the alternating oscillation frequency that the deflection coils are already subject, or a multiple of this frequency.

Fig. 2 ist ein Übersichtsschema und beschreibt als Beispiel ein Gerät, das unter Verwendung dieser Erfindung verwirklicht ist. Dieses Gerät weist bei 8 einen S;pannungsgenerator auf, der bei seinem Ausgang A eine Wechselspannung mit einer von seinem Eintritt 8" anregeibaren Frequenz liefert. Ein Undtor 9 nimmt die bei A gelieferte Spannung auf und übermittelt sie einem Frequenzteiler 109 immer wenn ihm durch einen Eingang 8' der Laufbefehl gegeben worden ist.Fig. 2 is an overview diagram and describes as an example a device, accomplished using this invention is. This The device has a voltage generator at 8, which has an alternating voltage at its output A. with a frequency that can be stimulated by its entry 8 ″. An undtor 9 takes the voltage supplied at A and always transmits it to a frequency divider 109 when the command to run has been given to him through an input 8 '.

Mit 11 ist ein Spannungsgenerator für die Abtastung oder Ablenkung, der vorbeschriebenen X-Achse folgend, bezeichnet, dessen Eingang mit dem Ausgang B des Frequenzteilers 10 verbunden ist. Dieser Generator weist außerdem zwei andere Eingänge 12 und 13 auf, die es gestatten, die Form der an einem Verstärker 14 angelegten Spannung zu modifizieren, wobei der Verstärker vom Ausgang des Generators 11 versorgt wird. Der Ausgang C des Verstärkers ist mit einer Leitung 15 zu den Ablenkspulen, der X-Achse folgend, verbunden, und jede Ablenkspule kann zusätzlich zu der Spule mit gewöhnlichem Kern eine zusätzliche Spule ohne Eisen aufweisen.At 11 is a voltage generator for scanning or deflection, following the above-described X-axis, its input with the output B of the frequency divider 10 is connected. This generator also has two others Inputs 12 and 13, which allow the shape of the signals applied to an amplifier 14 To modify voltage, the amplifier supplied from the output of the generator 11 will. The output C of the amplifier is connected to a line 15 to the deflection coils, following the X-axis, and each deflection coil can in addition to the coil with an ordinary core have an additional coil without iron.

Der Betrieb des Abtast- oder Ablenkgenerators 11 wirkt auf diese zusätzlichen Spulen jedesmal, wenn die Spulen mit Kern den verwendeten Frequenzen nicht folgen können. Ein Generator 16 für Querablenkspannung (Ablenkung gemäß Richtung 50 der Fig. 1) steht dem Bedienungsingenieur für die Verwendung in dem Fall zur Verfügung, wenn die Verbindung der Schweißebene unregelmäßig ist; dieser Generator nimmt seine Befehle über ein Undtor 17 auf, dessen zwei Eingänge mit dem Teiler 10 bzw. (über das Tor 9) mit dem Generator 8 verbunden sind, wobei der dritte für das Ablenksignal da ist.The operation of the scan or deflection generator 11 acts on these additional ones Coils every time the coils with core fail to follow the frequencies used can. A generator 16 for transverse deflection voltage (deflection according to direction 50 of FIG Fig. 1) is available to the operator for use in the event that if the connection of the welding plane is irregular; this generator takes his Commands via an und gate 17, whose two inputs are connected to the divider 10 or (via the gate 9) is connected to the generator 8 are, with the third for the deflection signal is there.

Ein Modulator 16' bewirkt die Erzeugung von die Generatoren 16 und 8 verlassenden Signalen und übermittelt diese von dort zu einem Verstärker 16n der Ablenkung.A modulator 16 'produces the generators 16 and 16 8 leaving signals and transmits them from there to an amplifier 16n of the Diversion.

Die mögliche Steuerung des Wehnelt-Zylinders wird durch Regelung eines Programm-Wehnelt-Zylinders 18 erhalten, der synchron zur Ablenkung x durch ein Undtor 19 gelegt ist, dessen Eingänge an den Ausgang des Frequenzteilers 10 und an den Ausgang des Tores 9 angeschlossen sind. Diese Tätigkeit auf den Wehnelt-Zylinder wird über einen Verstärker 20 ausgeübt, der jedes andere Programm durch einen Eingang 21 aufzunehmen vermag. Die Steuerung des Wehnelt-Zylinders kann gleichmäßig auf den von der Kanone emittierten Strom mittels eines Verstärkers 22, dessen Eingangsanschluß mit 23 bezeichnet ist, geregelt werden.The possible control of the Wehnelt cylinder is through regulation of a Program Wehnelt cylinder 18 received, the synchronous to the deflection x by an undtor 19 is placed, the inputs to the output of the frequency divider 10 and to the Output of gate 9 are connected. This activity on the Wehnelt cylinder is exercised through an amplifier 20, which every other program through an input 21 is able to accommodate. The Wehnelt cylinder can be controlled evenly the current emitted by the gun by means of an amplifier 22, the input terminal of which is denoted by 23, can be regulated.

Die Steuerung der Fokussierung kann dank eines Fokussierungsprogrammgenerators 24 erhalten werden, der einen Generator amplitudenmodulierten Stromes aufweist, dessen Eingang die Synchronisationsimpulse des Frequenzteilers 10 und des Generators 8 über ein Undtor 25 aufnimmt, in welches gleichmäßig die Steuerung der Fokussierung 26 mündet.The focus can be controlled thanks to a focus program generator 24 can be obtained, which has a generator of amplitude-modulated current, whose input the synchronization pulses of the frequency divider 10 and the generator 8 takes on an undtor 25, in which the control of the focusing 26 opens.

Am Ausgang des Programmgenerators für die Fokussierung legt man einen Verstärker 27, der direkt auf die Fokussierspule wirkt. Der Betrieb dieses Gerätes wird in Verbindung mit Fig. 3 klæ verständlich.At the output of the program generator for focusing you put one Amplifier 27, which acts directly on the focusing coil. Operation of this device becomes clear in connection with FIG. 3.

Der Generator 8 liefert an der Stelle A der Fig. 2 ein durch die Linie 30 dargestelltes Wechselsignal. Dar Frequenzteiler 10 liefert an der Stelle B ein Signal in der Gestalt gleichmäßig beabstandeter, rechtwinkliger Impulse, die durch die Linie 31 dargestellt sind. Der Generator für die Ablenkung in Richtung X liefert bei C ein mit den durch den Frequenzteiler 10 erzeugten rechteckigen Impulsen synchronisiertes Signal. Dieses Signal kann wie durch Linie 32 dargestellt linear zunehmen oder wie durch die Linie 33 symbolisiert nicht linear ansteigen.The generator 8 supplies a through the line at point A in FIG 30 shown alternating signal. The frequency divider 10 delivers a at point B. Signal in the form of equally spaced, rectangular pulses passing through the line 31 are shown. The generator for the deflection in direction X delivers at C a synchronized with the square pulses generated by the frequency divider 10 Signal. This signal may increase linearly as shown by line 32 or as do not increase linearly, symbolized by the line 33.

Der Generator 16 der Ablenkspannung in Richtung y liefert bei D eine mit dem Signal C synchronisierte Spannung, die bei D linear sein kann, aber häufig nicht linear ist, wie es durch Linie 34 dargestellt ist. Diese Spannung wird periodisch in dem Modulator #, bei höherer Frequenz durch den Generator 8 erzeugt, umgekehrt, was eine Ablenkung gibt, deren Kurve 34 die Einhüllende darstellt. Diese Spannung für die Ablenkung in Y-Richtung wird durch die Linie 35 dargestellt.The generator 16 of the deflection voltage in direction y supplies a at D voltage synchronized with signal C, which at D may but often be linear is not linear as shown by line 34. This tension becomes periodic in the modulator #, generated at a higher frequency by the generator 8, vice versa, which gives a deflection whose curve 34 represents the envelope. This tension for the deflection in the Y direction is represented by line 35.

Der Wehnelt-Programmgenerator gibt eine Spannung in Phase mit der Ablenkung x undvier dieXine37 in der Darstellung der Zeile 36, eine Spannung, die eine sehr kurz ansteigende Phase 38 aufweist, die in ein Maximum 39 mündet, das dem Augenblick entspricht, wo das Bündel die Vorderseite der Schweißung angreift; dieses Maximum wird von einer abfallenden Linie gefolgt und möglicherweise von einer nicht dargestellten Schulter oder einem Treppenabsatz. Diese Linie und diese mögliche Schulter entsprechen demjenigen Teil, wo sich die Stelle zum Halten des Metalls in flüssigem Zustand befindet; sie werden von einem Teil mit exponentiellem Abfall im Falle des beschriebenen Beispiels gefolgt6 entsprechend der Zone, wo das Metall sich gerade verfestigt. Die Ordinatenwerte dieser Kurve 37 hinzu direkt mit der Intensität des Elektronenbündels zusammen.The Wehnelt program generator outputs a voltage in phase with the Deflection x and four the Xine37 in the representation of line 36, a voltage that has a very briefly rising phase 38 which opens into a maximum 39 which corresponds to the moment when the bundle attacks the front of the weld; this maximum is descending from a Line followed and possibly from a shoulder (not shown) or a landing. This line and this possible shoulder corresponds to the part where the place to stop is the metal is in a liquid state; they are part of an exponential Waste in the case of the example described followed6 corresponding to the zone where the Metal is just solidifying. The ordinate values of this curve 37 are added directly with the intensity of the electron beam.

Um den Wirkbereich der vorliegenden Erfindung besser darzustellen, ist es nützlich, die numerischen Werte entsprechend dem in Fig. 3 beschriebenen Funktionsdiagramm während einer- Schweißung mit einer Geschwindigkeit von 20 m pro Minute darzulegen.In order to better illustrate the effective range of the present invention, it is useful to use the numerical values corresponding to that described in FIG Function diagram during a weld at a speed of 20 m per Minute.

Die Länge 6, 7 der Ablenkung in x-Richtung ist gleich etwa 5 mm ausgewählt worden, die Periode dieser Ablenkung war 0,54 Millisekunden, was einer Frequenz von unter 2000 Hz entspricht und durchaus für die Verwendung bei der Ablenkspule zulässig ist.The length 6, 7 of the deflection in the x direction is selected to be approximately 5 mm the period of this deflection was 0.54 milliseconds, which is a frequency of less than 2000 Hz and perfectly suitable for use with the deflection coil is permissible.

Die Anstiegszeit des Wehnelt-Zylinders konnte auf 0,05 Millisekunden reduziert werden, aber die Schweißung blieb noch sehr gut, wenn die Anstiegszeit 0,1 Millisekunden war, was leicht zu realisieren war; die Zeit des linearen Abfalles und der möglichen Schulter betrug von 0,1 - 0,14 Millisekunden, und die Zeit des exponentiellen Abfalles lag in der Größenordnung von 0,3 Millisekunden.The rise time of the Wehnelt cylinder was 0.05 milliseconds be reduced, but the weld still remained very good when the rise time 0.1 millisecond was which was easy to do; the time of linear decay and the possible shoulder was from 0.1 - 0.14 milliseconds, and the time of the exponential decline was on the order of 0.3 milliseconds.

Der Ablenkgenerator 16 in ny-Richtunge hat eine 10-mal größere frequenz als der Ablenkgenerator in ~x-J?ichtung11; die Spannung, die sich ergibt, wird durch den Modulator 16' umgekehrt. Der Fokussierungsgenerator gestattet die Entfaltung des Bündels hinter der Schweißstelle zum Verlang samen der Kiihlllng nicht nur der Schweißung, sondern in gleicher Weise auch der gesamten benachbarten Lage oder Schicht, die durch Wärmeleitung oder Strahlung auf eine erhöhte Temperatur gebracht worden ist.The deflection generator 16 in the ny direction has a frequency 10 times greater as the deflection generator in ~ x-direction11; the tension that results is through reverse the modulator 16 '. The focus generator allows the unfolding of the bundle behind the welding point to slow down the cooling not only the Welding, but in the same way also of the entire adjacent layer or layer, which have been brought to an elevated temperature by conduction or radiation is.

Das Diagramm der Fig. 4 ermöglicht ein besseres Verständnis der Energieverteilung des Bündels an jeder Stelle der durch das Bündel abgelenkten oder abgetasteten Oberfläche.The diagram of FIG. 4 enables a better understanding of the energy distribution of the bundle at any point on the surface deflected or scanned by the bundle.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kombiniert die Translationsbewegung des sich längs verschiebenden Mittelpunktes, d.h. in der Ebene der Verbindung (entlang der x-Achse) mit den längs oszillierenden Bewegungen des Bündels um seinen Mittelpunkt. Um die an jeder Stelle der abgetasteten Oberfläche abgegebene Energie sichtbar zu machen, ist es notwendig9 in dem Diagramm die Dauer des Durchgangs des Bündels an jeder Stelle als Funktion der Augenblicks geschwindigkeit des Bündels bezüglich den zu verschweißenden Werkstücken einzuführen.The device according to the invention combines the translational movement of the longitudinally shifting center point, i.e. in the plane of the connection (along the x-axis) with the longitudinal oscillating movements of the bundle around its center. To make the energy emitted at every point of the scanned surface visible it is necessary9 to indicate the duration of the passage of the bundle in the diagram each point as a function of the instantaneous velocity of the bundle with respect to to introduce the workpieces to be welded.

Die Fig. 14- zeigt diese Dauer des Durchganges. Auf der Abszisse findet man die Achse Ot der Zeiten und auf der Ordinatenachse OD die alternativen Versetzungen des Flecks des Bündels der Fig. 1 um seine Mittelstellung (5) zwischen seinen Endstellungen 6 und 7.Fig. 14- shows this duration of the passage. Finds on the abscissa the axis Ot of the times and the alternative displacements on the ordinate axis OD of the spot of the bundle of FIG. 1 about its central position (5) between its end positions 6 and 7.

Die Kurve a, b, c, dt e.... usw. stellt die Bewegung des Randes vor dem Fleck dar. Die Kurve a', b', c', d', e' usw, stellt die Bewegungen des hinteren Randes dar; diese Kurven errechnen sich eine aus der anderen durch Ubertragungder Längsachse der Ordinate OD über einen Abstand dd' gleich dem Bündeldurchmesser.The curve a, b, c, dt e .... etc. represents the movement of the edge The curve a ', b', c ', d', e ', etc., represents the movements of the posterior Edge represent; these curves are calculated one from the other by transferring the Longitudinal axis of the ordinate OD over a distance dd 'equal to the bundle diameter.

Jede parallele zur Zeitachse verkörpert eine Stelle, die zwischen 6 und 7 enthalten ist. Die Fig. 4 stellt mehere davon OQ, 4 ir F dar. Die Achse St verkörpert die Mittelstellung 5.Each parallel to the time axis embodies a point between 6 and 7 is included. 4 shows several of them OQ, 4 ir F. The axis St embodies the middle position 5.

Der Schnittpunkt dieser Parallelen mit den zwei Kurven gibt die Zeitdauern des Durchgangs des Fleckes auf den Stellen entsprechend diesen Parallelen an. Beispielsweisebraucht der Fleck die Zeiten c' c und g g für den Durchgang auf die Stelle 5 im Verlauf seiner Bewegung von 6 nach 7.The intersection of these parallels with the two curves gives the durations of the passage of the spot on the places corresponding to these parallels. For example used the spot the times c 'c and g g for the passage to the point 5 in the course its movement from 6 to 7.

In dem in Fig. 4 dargestellten Fall bekommt die Bewegung des Fleckes von 6 nach 7 eine abnehmende Geschwindigkeit.In the case shown in Fig. 4, the movement of the spot gets from 6 to 7 a decreasing speed.

Man sieht durch die Schnitte der Kurven mit den Parallelen «, 5r ß , zu, daß die Zeitdauern der Durchgänge des Fleckes von der ersten Stelle zur letzten wachsen. Infolgedessen wachsen die durch den Fleck auf diese Stellen abgegebenen Energien während dieser Bewegung ebenfalls.You can see through the intersections of the curves with the parallels «, 5r ß, to that the durations of the passages of the spot from the first point to last grow. As a result, those released through the stain on these sites grow Energies during this movement as well.

Der Fleck arbeitet im umgekehrten Sinne im Verlauf seiner Rückbewegung von 7 naM 6 auf alle die Stellen. Es ist interessant, daß diese Bewegung sehr schnell ist und sich mit konstanter Geschwindigkeit vollzieht, wie in Fig. 4 dargestellt. In diesem Falle ist die Dauer des Durchganges des Fleckes im Verlauf seiner Rückbewegung von 7 nach 6 auf allen den Stellen merklich dieselbe, und diese Dauer ist kurz vor den Durchgangszeitdauern im Verlauf der Vorlaufbewegung. In Fig. 4 stellen aa', eet jif die Durchlaufdauern des Fleckes auf der Stelle 5 im Verlauf seiner Rückbewegung dar.The spot works in the opposite direction in the course of its return movement from 7 naM 6 to all the places. It is interesting that this movement is very rapid and takes place at a constant speed, as shown in FIG. In this case, the duration of the passage of the spot is in the course of its return movement from 7 to 6 noticeably the same in all the places, and this duration is shortly before the transit times in the course of the advance movement. In Fig. 4 aa ', eet jif the passage times of the spot at point 5 in the course of its return movement represent.

Die von dem Bündel auf jede Stelle aufgebrachte Energie kann grafisch dargestellt sein, wobei die Abszissenachse immer die Zeit ist, aber die Ordinate die Energiedichte d in dem 2 Bündel darstellt, ausgedrückt in Watt pro mm Wenn man somit eine Stelle der Oberfläche, wie z.B./3 die durch das Bündel abgetastet ist, betrachtet, sieht man, daß sie beim Vorlauf eine durch das Rechteck 60 dargestellte Energie-menge aufnimmt, dessen Basislänge die Auffallzeit des Bündels darstellt, sowie die Höhe proportional zur Energiedichte d ist. Die während des Vorlaufs des Bündels zur Stelle ~ aufgenommene Gesamtenergie wird durch die Fläche des Rechtecks 61 dargestellt; die beim Vorlauf zur Stelle 5 entsprechend der Mittelstellung des Bündels aufgenommene Gesamtenergle wird durch das Rechteck 62 angegeben, und diejenige zur Stelle g durch das Rechteck 63.The energy applied by the bundle to each point can be graphical be shown, where the abscissa axis is always the time, but the ordinate represents the energy density d in the 2 bundles, expressed in watts per mm If one thus a point on the surface, such as / 3, which is scanned by the bundle, viewed, it can be seen that it is represented by the rectangle 60 during the advance Absorbs the amount of energy, the base length of which represents the incident time of the bundle, and the height is proportional to the energy density d. The during the advance of the Bundle to Place ~ total energy absorbed is given by the Area of the rectangle 61 shown; the one in the lead to position 5 accordingly The total energy recorded in the middle position of the bundle is represented by the rectangle 62 indicated, and the one at position g by the rectangle 63.

Beim Einwirken auf den Wehnelt-Zylinder kann man die an der betrachteten Stelle aufgenommene Energiedichte variieren lassen, die durch die Höhe des Rechtecks dargestellt ist; man kann somit durch dieses Mittel die Oberfläche des Rechteckes und infolgedessen die an dieser Stelle aufgenommene Gesamtenergie variieren lassen.When you act on the Wehnelt cylinder, you can see the Place the energy density absorbed by the height of the rectangle is shown; one can thus by this means the surface of the rectangle and consequently allow the total energy absorbed at this point to vary.

Die Prüfung der Fig. 4 zeigt, daß dank eines Gesetzes der an die Fleckgeschwindigkeit angepaßten Variation, wie z.B.The examination of Fig. 4 shows that thanks to a law of the spot speed adapted variation, e.g.

in dem oberen Teil des Diagramms der Fig. 4 beschrieben, man eine gewisse Verteilung der Energie erhalten kan, die in dem Bünde; auf die zwischen 6 und 7 enthaltenen verschiedenen Stellen abgegeben ist. Man sieht, daß zwischen den durch die verschiedenen Stellen aufgenommenen Energiemengen der Ertrag oder das Verhältnis gleich dem zwischen den Durchlaufdauern des Bündels ist, wenn dessen Intensität konstant ist.described in the upper part of the diagram of FIG. 4, one a certain distribution of energy can be obtained in the fret; on the between 6 and 7 contained different bodies is submitted. You can see that between the amount of energy absorbed by the various locations, the yield or the ratio is equal to that between the passage times of the bundle if its Intensity is constant.

Es ist klar, daß die Möglichkeiten des Programmierens der Verteilung der durch das Bündel auf die diversen Stellen zwischen fulmd 7 abgegebenen JiMergie beachtlich erweitert sind, wenn man zusätzlich zu der Veränderung der Geschwindigkeit des Fleckes eine Modulation der Bündelintensität bewirkt. Wenn man somit an der Stelle g die Maximalleistung erhalten will, wird man für diese Stelle die Bündelenergie durch eine geeignete Steuerung des Wehnelt-Zylinders halten; die Stelle g #wird eine Gesamtenergie aufnehmen, die proportional der Fläche des Rechteckes 64 ist. Bei der progressiven Modifikation oder Veränderung der Steuerung der Wehnelt-Spannung wird es möglich, an der Stelle CA eine schwächere Energie aufzubringen, die durch ein Rechteck 65 dargestellt ist, dessen Höhe kleiner ist.It is clear that the possibilities of programming the distribution the JiMergy given off by the bundle to the various points between fulmd 7 are considerably expanded when you add to the change in speed of Causes a modulation of the beam intensity. If you are at the point g wants to get the maximum power, one becomes the bundle energy for this point hold by a suitable control of the Wehnelt cylinder; the position g # becomes absorb a total energy which is proportional to the area of the rectangle 64. When modifying or changing the control of the Wehnelt tension progressively it becomes possible to apply a weaker energy at the point CA, which is transmitted through a rectangle 65 is shown, the height of which is smaller.

Die Kombination der zwei Regelungen der Intensität und der Durchlaufdauer des Fleckes gestattet es, in sehr großen Grenzen die durch das Bündel an jeder Stelle gelieferte Energie verändern zu lassen. Es wird somit möglich sein, im Verlaufe einer Oszillation des Bündels um den Mittelpunkt 5 eine höhere Energie an der auf stromseitigen Stelle aufzubringen, wo man die Schmelze des Metalls zu erhalten wünscht, und eine stärker moderierte Energie an jenen Stellen, wo es sich darum handelt, das geschmolzene Material im Zustand der Schmelze zu halten und hinter der Schmelzung eine noch schwächere Energie aufzubringen, um die Abkühlung zu verlangsamen. The combination of the two regulations of intensity and duration of the stain allows, within very large limits, to pass through the bundle at every point to change the supplied energy. It will thus be possible in the course an oscillation of the bundle around the center point 5 a higher energy at the to apply upstream point where one wishes to receive the melt of the metal, and a more moderated energy in those places where it is a question of to keep the molten material in the state of melt and after melting to apply an even weaker energy to slow down the cooling.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf Kanonen anwendbar, deren Aufbau drehsymmetrisch ist, sondern auch auf solche Kanonen mit einem Aufbau ohne Drehsymmetrie. The present invention is not only applicable to guns, their Structure is rotationally symmetrical, but also on such cannons with a structure without Rotational symmetry.

Claims

Electron bombardment welding gun in which the deflection coils are periodic Tensions are subjected to the fact that one can allows the longitudinal deflection frequency to vary, i.e. in the direction parallel to the weld joint, that the electron energy heats every point of the bombardment point and this variation by at least one of the following steps: a) Add to the periodic Voltage # to which the deflection coils are subjected to periodically increase with a Frequency changing voltage is added, which is a multiple or equal to the longitudinal deflection frequency is; b) the Wehnelt cylinder is subjected to a periodic cycle with a frequency changing voltage that is a multiple or equal to the longitudinal deflection frequency; c) a current is allowed to pass through the focusing coil, its intensity changes periodically at a frequency that is a multiple or equal to that Longitudinal deflection frequency is.

2. Welding gun according to claim 1, characterized in that it has a rotationally symmetrical structure.

3. Welding gun according to claim 1, characterized in that the the deflection coil following the axis of the connection and that of a direction perpendicular Deflection coil following the axis of the connection with scanning or alternating deflection voltages that are synchronized and one a multiple of the other can be, and that the Wehnelt cylinder of one oscillating with the same frequency Voltage generator is supplied, such as the deflection coil following the axis of the connection.

4. Welding gun according to claim 1, characterized in that the Wehnelt cylinder whose frequency is supplied as that of a direction perpendicular to the axis of the Connection following deflection coil.

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