RU144976U1 - DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING - Google Patents

DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING Download PDF

Info

Publication number
RU144976U1
RU144976U1 RU2014107458/02U RU2014107458U RU144976U1 RU 144976 U1 RU144976 U1 RU 144976U1 RU 2014107458/02 U RU2014107458/02 U RU 2014107458/02U RU 2014107458 U RU2014107458 U RU 2014107458U RU 144976 U1 RU144976 U1 RU 144976U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
current
focusing
digital
analog
Prior art date
Application number
RU2014107458/02U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Трушников
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий"
Priority to RU2014107458/02U priority Critical patent/RU144976U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU144976U1 publication Critical patent/RU144976U1/en

Links

Landscapes

  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

Устройство для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, содержащее коллектор электронов, резистор нагрузки, подключенный к коллектору через источник смещения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, блок синхронного накопления, цифроаналоговый преобразователь, блок измерения тока отклоняющих катушек, ПИД-регулятор, блок управления током фокусирующих катушек, блок управления током отклоняющих катушек и генератор пилообразных или синусоидальных колебаний, соединённый с входом блока управления током отклоняющих катушек и с первым входом блока управления током фокусирующих катушек, при этом второй вход блока управления током фокусирующих катушек соединён с выходом ПИД-регулятора, вход которого соединён с выходом цифроаналогового преобразователя, вход цифроаналогового преобразователя соединён с выходом блока синхронного накопления, входы которого соединены с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, при этом вход первого аналого-цифрового преобразователя соединён с коллектором электронов, а вход второго - с выходом блока измерения тока отклоняющих катушек.A device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam metal welding, comprising an electron collector, a load resistor connected to the collector via a bias source, first and second analog-to-digital converters, a synchronous storage unit, a digital-to-analog converter, a unit for measuring the current of deflecting coils, PID -regulator, control unit for current of focusing coils, control unit for current of deflecting coils and sawtooth or sinusoidal oscillator connected to the input of unit current control of the deflecting coils and with the first input of the focusing coil current control unit, while the second input of the focusing coil current control unit is connected to the output of the PID controller, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, the input of the digital-to-analog converter is connected to the output of the synchronous storage unit, the inputs of which connected to the outputs of the first and second analog-to-digital converters, while the input of the first analog-to-digital converter is connected to the electron collector, and One of the second - with the output of the current measuring unit of the deflection coils.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к сварке или резке металлов электронным лучом, а именно, к схемам управления для этих целей.The invention relates to the welding or cutting of metals by electron beam, namely, to control circuits for these purposes.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, содержащее коллектор электронов, резисторы нагрузки с последовательно подключенными к ним источниками смещения, переключатель, соединенный с резисторами нагрузки, первый и второй фильтры, первый и второй амплитудные детекторы, блок преобразования сигналов, триггер и последовательно соединенные генератор импульсов с ключом управления, счетчик импульсов и аналого-цифровой преобразователь, выход которого предназначен для подключения к фокусирующей линзе электронной пушки, причем входы обоих фильтров соединены с переключателем, выходы фильтров подключены к входам амплитудных детекторов, выходы последних соединены с входами блока преобразования сигналов, а выход блока преобразования сигналов соединен с входом триггера, выход которого подключен к входу ключа управления генератора импульсов (Авт. свид. СССР №1468700, МПК B23K 15/00, 1989).A device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam welding of metals, comprising an electron collector, load resistors with bias sources connected in series to them, a switch connected to load resistors, first and second filters, first and second amplitude detectors, a signal conversion unit , trigger and series-connected pulse generator with a control key, a pulse counter and an analog-to-digital converter, the output of which is designed to be connected I’m connected to the focusing lens of the electron gun, the inputs of both filters connected to the switch, the outputs of the filters connected to the inputs of the amplitude detectors, the outputs of the latter connected to the inputs of the signal conversion unit, and the output of the signal conversion unit connected to the input of the trigger, the output of which is connected to the input of the generator control key pulses (Aut. certificate. USSR No. 1468700, IPC B23K 15/00, 1989).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в том, что устройство содержит коллектор электронов, резистор нагрузки с последовательно подключенным к нему источником смещения, генератор импульсов, аналого-цифровой преобразователь.Signs of the known device that match the features of the claimed utility model are that the device contains an electron collector, a load resistor with a bias source connected in series to it, a pulse generator, and an analog-to-digital converter.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в невозможности обеспечения регулярных колебаний тока фокусирующей системы относительно необходимого значения ввиду стохастичности протекающих в сварочной ванне процессов при большой глубине проплавления металла.The reason that prevents obtaining a technical result in a known device, which is provided by the claimed utility model, is the impossibility of ensuring regular fluctuations in the current of the focusing system relative to the required value due to the stochasticity of the processes occurring in the weld pool with a large penetration depth of the metal.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, содержащее коллектор электронов, блок модуляции, выходы которого предназначены для подключения к электронной пушке и фокусирующей линзе, источник напряжения смещения и резистор нагрузки, последовательно подключенные к коллектору электронов, полосовой фильтр, вход которого подключен к резистору нагрузки, амплитудный детектор, подключенный входом к выходу полосового фильтра, синхронный детектор, вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, блок управления током фокусировки, выход которого предназначен для подключения к фокусирующей линзе, и блок задания фокусировки, причем выход блока задания фокусировки подключен к одному из входов блока управления током фокусировки, второй вход этого блока соединен с выходом синхронного детектора (см. описание изобретения к патенту RU №2183153 C2», МПК B23K 15/00, опубликовано 10.06.2002).The closest analogue (prototype) is a device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam welding of metals, containing an electron collector, a modulation unit, the outputs of which are designed to be connected to an electron gun and a focusing lens, a bias voltage source and a load resistor connected in series to an electron collector, a bandpass filter, the input of which is connected to a load resistor, an amplitude detector connected to the output of the bandpass filter, a synchronous detector p, the input of which is connected to the output of the amplitude detector, a focus current control unit, the output of which is intended to be connected to the focusing lens, and a focus setting unit, the output of the focus setting unit being connected to one of the inputs of the focus current control unit, the second input of this unit is connected to the output of a synchronous detector (see the description of the invention to patent RU No. 2183153 C2 ", IPC B23K 15/00, published 10.06.2002).

Признаки известного устройства, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в том, что известное устройство содержит коллектор электронов, блок модуляции, источник напряжения смещения и резистор нагрузки, последовательно подключенные к коллектору электронов, полосовой фильтр, синхронный детектор, блок управления током фокусировки.The features of the known device that match the features of the claimed utility model are that the known device comprises an electron collector, a modulation unit, a bias voltage source and a load resistor connected in series to the electron collector, a bandpass filter, a synchronous detector, and a focus current control unit.

Причина, препятствующая получению в известном устройстве технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в том, что достаточная точность контроля и управления фокусом луча обеспечивается только при сварке модулированным лучом, а для осуществление оперативного контроля непосредственно во время сварки требуются низкочастотные поисковые осцилляции фокуса электронного луча, что отрицательно сказывается на качестве формирования сварного шва.The reason that prevents obtaining a technical result in a known device, which is provided by the claimed utility model, is that sufficient accuracy of control and focus control of the beam is ensured only when welding with a modulated beam, and for real-time monitoring directly during welding, low-frequency search oscillations of the electron focus are required beam, which adversely affects the quality of the formation of the weld.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении качества формирования сварного шва в режиме глубокого проплавления осциллирующим электронным лучом.The problem to which the utility model is directed is to improve the quality of the weld formation in the deep penetration mode by an oscillating electron beam.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в повышении точности оперативного контроля в процессе управления фокусировкой электронного луча при проведении сварки в режиме глубокого проплавления осциллирующим электронным лучом. Благодаря введению дополнительной осцилляции фокусировки электронного луча, синфазного по отношению к осцилляции продольных отклонений электронного луча, улучшается линейность зависимость информационного параметра от режима фокусировки, обеспечивается монотонность в широком диапазоне режимов и увеличивается отношение сигнал/шум. Указанные преимущества позволяют повысить точностью и быстродействие оперативного контроля фокусировки электронного луча, а также упростить реализацию устройства для осуществления способа. Применяемые при этом высокочастотная осцилляция продольных отклонений электронного луча совместно с синфазной осцилляцией его фокуса дополнительно улучшают качество формирования сварного шва. Устройство в процессе электронно-лучевой сварки обеспечивает необходимую последовательность действий по осуществлению осцилляции, измерения вторичного тока и тока отклоняющих катушек в плазме, обработке измеренных сигналов и регулированию фокусировки электронного луча. Указанные преимущества заявленного устройства обеспечивают высокое качество сварки в режиме глубокого проплавления и позволяют с высокой точностью и быстродействием осуществлять оперативный контроль фокусировки электронного луча.The technical result, which mediates the solution of this problem, is to increase the accuracy of operational control in the process of controlling the focus of the electron beam during welding in the mode of deep penetration by an oscillating electron beam. Thanks to the introduction of an additional oscillation of focusing of the electron beam, in phase with respect to the oscillation of the longitudinal deviations of the electron beam, the linearity of the dependence of the information parameter on the focusing mode is improved, monotonicity is ensured in a wide range of modes, and the signal-to-noise ratio increases. These advantages can improve the accuracy and speed of the operational control of the focusing of the electron beam, as well as simplify the implementation of the device for implementing the method. The high-frequency oscillation of the longitudinal deviations of the electron beam used in conjunction with the in-phase oscillation of its focus further improve the quality of the weld formation. The device in the process of electron beam welding provides the necessary sequence of steps for oscillation, measuring the secondary current and the current of the deflecting coils in the plasma, processing the measured signals and adjusting the focus of the electron beam. These advantages of the claimed device provide high quality welding in the deep penetration mode and allow with high accuracy and speed to carry out operational control of the focusing of the electron beam.

Достигается технический результат в устройстве для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов тем, что устройство содержит коллектор электронов, резистор нагрузки, подключенный к коллектору через источник смещения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, блок синхронного накопления, цифро-аналоговый преобразователь, блок измерения тока отклоняющих катушек, ПИД-регулятор, блок управления током фокусирующих катушек, блок управления током отклоняющих катушек, а также генератор пилообразных или синусоидальных колебаний, соединенный с входом блока управления током отклоняющих катушек и с первым входом блока управления током фокусирующих катушек, второй вход блока управления током фокусирующих катушек соединен с выходом ПИД-регулятора, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, вход цифро-аналогового преобразователя соединен с выходом блока синхронного накопления, входы которого соединены с соответствующими выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, при этом вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с коллектором электронов, а вход второго - с выходом блока измерения тока отклоняющих катушек.A technical result is achieved in a device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam welding of metals in that the device contains an electron collector, a load resistor connected to the collector via a bias source, first and second analog-to-digital converters, a synchronous storage unit, digital-to-analog transducer, deflecting coil current measuring unit, PID controller, focusing coil current control unit, deflecting coil current control unit, and sawtooth generator or sinusoidal oscillations connected to the input of the deflecting coil current control unit and to the first input of the focusing coil current control unit, the second input of the focusing coil current control unit is connected to the output of the PID controller, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, and the digital-to-analog input the converter is connected to the output of the synchronous storage unit, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the first and second analog-to-digital converters, while the input of the first analog the logo-digital converter is connected to the electron collector, and the input of the second one is connected to the output of the current measuring unit of the deflecting coils.

Новые признаки заявленного устройства относительно прототипа заключаются в наличии первого и второго аналого-цифровые преобразователей, блока синхронного накопления, цифро-аналогового преобразователя, блока измерения тока отклоняющих катушек, ПИД-регулятора, а также в электрических связях перечисленных конструктивных элементов.New features of the claimed device relative to the prototype are the presence of the first and second analog-to-digital converters, a synchronous storage unit, a digital-to-analog converter, a unit for measuring the current of deflecting coils, a PID controller, as well as in the electrical connections of the listed structural elements.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam welding of metals.

На фиг. 2 показана диаграмма опорного сигнала g(t) для реализации синхронного накопления, сформированного из сигнала в отклоняющих катушках и представляющего собой прямоугольные колебания малой скважности (1 - осциллограмма тока отклоняющей вдоль стыка катушки (Osc(t)); 2 - сформированный опорный сигнал (g(t+τ),); 3 - сдвиг опорного сигнала относительно сигнала отклоняющих катушек (τ)).In FIG. 2 shows a diagram of the reference signal g (t) for realizing synchronous accumulation generated from the signal in the deflecting coils and representing rectangular oscillations of short duty cycle (1 - waveform of the current of the deflecting along the joint of the coil (Osc (t)); 2 - the generated reference signal (g (t + τ),); 3 - shift of the reference signal relative to the signal of the deflecting coils (τ)).

На фиг. 3 показана функция S(τ), являющаяся результатом обработки вторичного сигнала методом синхронного накопления, в зависимости от сдвига опорного сигнала (а) и от сигнала в отклоняющих катушках (б), согласно формулеIn FIG. Figure 3 shows the function S (τ), which is the result of processing the secondary signal by the synchronous accumulation method, depending on the shift of the reference signal (a) and on the signal in the deflection coils (b), according to the formula

, ,

где t0 - время выборки.where t 0 is the sampling time.

На фиг. 4 показана зависимость величины запаздывания Δτ0 функции S(τ) от степени фокусировки ΔIf электронного луча, полученная в результате многофакторного эксперимента, при различных частотах осцилляции (1 - частота 450 Гц; 2 - частота 630 Гц; 3 - частота 960 Гц).In FIG. Figure 4 shows the dependence of the delay value Δτ 0 of the function S (τ) on the degree of focusing ΔI f of the electron beam obtained as a result of a multivariate experiment at various oscillation frequencies (1 - frequency 450 Hz; 2 - frequency 630 Hz; 3 - frequency 960 Hz).

На фиг. 5 показана зависимость величины запаздывания Δτ0 от времени при сварке при постоянном недофокусированном режиме (ΔIf=-10 мА)In FIG. Figure 5 shows the dependence of the delay Δτ 0 on time during welding at a constant underfocused mode (ΔIf = -10 mA)

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Устройство для контроля и управления фокусировкой луча при электроннолучевой сварке металлов (фиг. 1) содержит коллектор 1 электронов, к которому через источник 2 смещения подключен резистор 3 нагрузки, блок 4 измерения тока отклоняющих катушек 16, первый 5 и второй 6 аналого-цифровые преобразователи, блок 7 синхронного накопления, цифро-аналоговый преобразователь 8, ПИД-регулятор 9, блок 10 управления током фокусирующих катушек 15, блок 11 управления током отклоняющих катушек 16, а также генератор 12 пилообразных или синусоидальных колебаний. На фиг. 1 также показано собственно устройство для электронно-лучевой сварки металлов (вакуумная камера 13, электронная пушка 14, фокусирующие катушки 15, отклоняющие катушки 16), а также свариваемое изделие 17. Вход первого аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с коллектором 2, а вход второго аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с выходом блока 4. Вход цифро-аналогового преобразователя 8 соединен с выходом блока 7 синхронного накопления, входы которого соединены с соответствующими выходами первого 5 и второго 6 аналого-цифровых преобразователей. Генератор 12 соединен с входом блока 11 и с первым входом блока 10. Второй вход блока 10 соединен с выходом ПИД-регулятора 9, вход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя 8.A device for monitoring and controlling beam focusing during electron beam welding of metals (Fig. 1) contains an electron collector 1 to which a load resistor 3, a current measuring unit 4 of the deflecting coils 16, the first 5 and second 6 analog-to-digital converters are connected through an offset source 2, synchronous storage unit 7, digital-to-analog converter 8, PID controller 9, focusing coil 15 current control unit 15, deflecting coil 16 current control unit 11, and sawtooth or sinusoidal oscillator 12. In FIG. 1 also shows the actual device for electron beam welding of metals (vacuum chamber 13, electron gun 14, focusing coils 15, deflecting coils 16), as well as the welded article 17. The input of the first analog-to-digital converter 5 is connected to the collector 2, and the input of the second analog-to-digital converter 6 is connected to the output of block 4. The input of the digital-to-analog converter 8 is connected to the output of block 7 of synchronous storage, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the first 5 and second 6 analog-to-digital converters Atelier. The generator 12 is connected to the input of block 11 and to the first input of block 10. The second input of block 10 is connected to the output of the PID controller 9, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter 8.

Работа устройства заключаются в следующем.The operation of the device are as follows.

Генератор пилообразных или синусоидальных колебаний 12 вырабатывает сигнал осцилляции заданной частоты. Блок 10 управления током фокусирующих катушек 15 суммирует сигнал с выхода ПИД-регулятора 9 с сигналом от генератора 12, усиливает результат и задает соответствующий ток фокусирующим катушкам 15 для осуществления осцилляции фокуса луча. Сигнал от генератора 12 также поступает на блок 11 управления током отклоняющих катушек 16, усиливается и задает соответствующий ток отклоняющих катушек 16, обеспечивающих осцилляцию продольных отклонений луча (вдоль стыка свариваемого изделия 17) синфазно с осцилляцией фокуса луча. На вход аналого-цифрового преобразователя 5 поступает сигнал с коллектора 1 электронов. На вход аналого-цифрового преобразователя 6 поступает сигнал с блока 4 измерения тока отклоняющих катушек 16. С выходов аналого-цифровых преобразователей 5 и 6 в цифровой форме сигналы напряжения на коллекторе 1 и тока отклоняющих катушек 16 поступают в блок 7 синхронного накопления. В блоке 7 производится вычисление величины тока коллектора электронов по формуле Iк=(ε-U)/R, где ε - величина ЭДС источника смещения 16, U - напряжение на коллекторе электронов 14, R - сопротивление резистора нагрузки 15. Далее, в этом же блоке, величина тока коллектора Iк совместно с сигналами тока отклоняющих катушек Iоткл, обрабатывается методом синхронного накопления.A sawtooth or sinusoidal oscillator 12 generates an oscillation signal of a given frequency. The current control unit 10 of the focusing coils 15 summarizes the signal from the output of the PID controller 9 with the signal from the generator 12, amplifies the result and sets the corresponding current to the focusing coils 15 for oscillating the beam focus. The signal from the generator 12 also arrives at the current control unit 11 of the deflecting coils 16, amplifies and sets the corresponding current of the deflecting coils 16, which provide oscillation of the longitudinal deflections of the beam (along the junction of the welded article 17) in phase with the oscillation of the beam focus. The input of the analog-to-digital Converter 5 receives a signal from the collector 1 of electrons. The input from the analog-to-digital converter 6 receives a signal from the current measuring unit 4 of the deflecting coils 16. From the outputs of the analog-to-digital converters 5 and 6, the voltage signals on the collector 1 and the current of the deflecting coils 16 are transmitted to the synchronous storage unit 7. In block 7, the current value of the electron collector is calculated by the formula I к = (ε-U) / R, where ε is the magnitude of the emf of the bias source 16, U is the voltage at the electron collector 14, R is the resistance of the load resistor 15. Further, in this same block, the value of the collector current I in conjunction with the current signals I none deflecting coils, is processed by the synchronous accumulation.

Для реализации синхронного накопления из сигнала тока отклоняющих катушек формируется опорный сигнал g(t), представляющий собой прямоугольные колебания малой скважности (фиг. 2). Опорный сигнал g(t+τ), сдвинутый на время τ (0<τ<T, где T - период сигнала в отклоняющих катушках), умножается на сигнал вторичного тока Ik и затем интегрируется (суммируется или усредняется) по времени t. Результатом данных преобразований является функция S(τ) (фиг. 3), описывающая изменение результата синхронного накопления в зависимости от сдвига опорного сигналаTo implement synchronous accumulation of the current signal of the deflecting coils, a reference signal g (t) is formed, which is a rectangular oscillation of a small duty cycle (Fig. 2). The reference signal g (t + τ), shifted by the time τ (0 <τ <T, where T is the period of the signal in the deflecting coils), is multiplied by the secondary current signal I k and then is integrated (summed or averaged) over time t. The result of these transformations is the function S (τ) (Fig. 3), which describes the change in the result of synchronous accumulation depending on the shift of the reference signal

, ,

где t0 - время выборки, которое составляло 300 мс.where t 0 is the sampling time, which was 300 ms.

Функция S(τ), описывающая изменение результата синхронного накопления, имеет характерное запаздывание относительно сигнала тока в отклоняющих катушках (фиг. 3). Величина Δτ0 монотонно зависит от степени фокусировки ΔIf электронного луча (фиг. 4) и принимает значения, равные нулю при острой фокусировке электронного луча. Из блока 7 величина Δτ0 через цифроаналоговый преобразователь 8 поступает в ПИД-регулятор 9, который совместно с блоком 10 осуществляет регулирование тока фокусировки электронного луча, поддерживая упомянутую выше величину запаздывания Δτ0 на постоянном уровне, соответствующем определенной степени фокусировки электронного луча относительно поверхности изделия 17. В частности, поддержание величины запаздывания Δτ0 равной нулю обеспечивает максимальную при данной мощности и скорости сварки глубину проплавления, что соответствует максимальной удельной мощности, выделяемой в зоне сварки. Осцилляция продольных отклонений электронного луча, согласно заявленному способу, предпочтительно осуществляется вдоль свариваемого стыка. Однако следует отметить, что также могут использоваться осцилляции x-образным способом и с использованием других специальных форм траекторий для дополнительного улучшения качества сварки. В этом случае осцилляция фокуса осуществляют синфазно с сигналом той катушки, ток которой отвечает за отклонение вдоль стыка.The function S (τ) describing the change in the result of synchronous accumulation has a characteristic delay relative to the current signal in the deflecting coils (Fig. 3). The value Δτ 0 monotonically depends on the degree of focusing ΔI f of the electron beam (Fig. 4) and assumes values equal to zero during acute focusing of the electron beam. From block 7, the quantity Δτ 0 through the digital-to-analog converter 8 enters the PID controller 9, which, together with the block 10, controls the focusing current of the electron beam, maintaining the aforementioned delay value Δτ 0 at a constant level corresponding to a certain degree of focusing of the electron beam relative to the surface of the product 17 . In particular, maintaining the value of the retardation Δτ 0 zero provides maximum power at a given speed and welding penetration depth that corresponds to the maxi cial specific power released in the welding zone. Oscillation of longitudinal deviations of the electron beam, according to the claimed method, is preferably carried out along the welded joint. However, it should be noted that x-shaped oscillations can also be used and with the use of other special forms of trajectories to further improve the quality of welding. In this case, the focus oscillation is carried out in phase with the signal of the coil whose current is responsible for the deviation along the junction.

Экспериментальная апробация устройства осуществлялось на образцах из стали 12Х18Н10Т на электронно-лучевой сварочной установке с инверторным источником питания с ускоряющим напряжением 60 кВ и мощностью 6 кВт. Осцилляция продольных отклонений электронного луча (вдоль стыка) осуществлялась путем введения в ток соответствующей отклоняющей катушки Iоткл периодических колебаний по пилообразному закону. Расстояние от среза электронной пушки до изделия составляло 100 мм. Коллектор электронов для отбора вторичного тока в плазме представлял собой диск диаметром 17 мм, расположенный на расстоянии 35 мм от зоны сварки. Применялось активное планирование эксперимента. Варьировались четыре фактора: мощность сварки - P; размер развертки при осцилляции - 2A; частота осцилляции электронного луча - f; амплитуда тока фокусировки Ifm; степень фокусировки электронного луча - ΔIf=If-If0, разница между значениями тока фокусировки при сварке If и током острой фокусировки, обеспечивающим максимальную глубину - If0. Скорость сварки составляла 5 мм/с. Глубина проплавления при острой фокусировке составляла 10…18 мм. Пределы варьирования факторов представлены в табл. 1.The device was experimentally tested on 12Kh18N10T steel samples on an electron beam welding machine with an inverter power source with an accelerating voltage of 60 kV and a power of 6 kW. Oscillation longitudinal deviations of the electron beam (along the junction) was carried out by introducing into the corresponding deflection coil current I none periodic sawtooth oscillation. The distance from the cut of the electron gun to the product was 100 mm. The electron collector for the selection of the secondary current in the plasma was a disk with a diameter of 17 mm, located at a distance of 35 mm from the welding zone. Active experiment planning was used. Four factors varied: welding power - P; oscillation sweep size - 2A; oscillation frequency of the electron beam - f; the amplitude of the focusing current I fm ; the degree of focusing of the electron beam is ΔI f = I f -I f0 , the difference between the values of the focusing current during welding I f and the sharp focusing current providing the maximum depth is I f0 . The welding speed was 5 mm / s. The depth of penetration during sharp focusing was 10 ... 18 mm. The limits of variation of the factors are presented in table. one.

Таблица 1.Table 1. ФакторыFactors ΔIf, мАΔI f , mA f, Гцf Hz 2A, мм2A mm Ifm, мАI fm , mA P, кВтP kW Нижний предел варьированияLower limit of variation -20-twenty 50fifty 0.40.4 00 1.51.5 Верхний предел варьированияUpper limit of variation 20twenty 14001400 3.53.5 15fifteen 2.52.5

Во время выполнения сварочных проходов с помощью компьютерной информационно-измерительной системы, оснащенной многоканальным аналого-цифровым интерфейсом, регистрировался ток в цепи коллектора 1 вторичных электронов, находящегося под положительным потенциалом 48 В (фиг. 1). Одновременно регистрировались сигналы, пропорциональные току в отклоняющих катушках 16. Результаты регистрации записывались в файл для дальнейшей обработки. Частота дискретизации при аналого-цифровом преобразовании в проведенных экспериментах составляла 400 кГц на два измерительных канала. Все проплавленные образцы подвергались последующей обработке с целью изготовления продольных макрошлифов.During welding passes using a computer information-measuring system equipped with a multi-channel analog-to-digital interface, a current was recorded in the circuit of the collector 1 of secondary electrons at a positive potential of 48 V (Fig. 1). At the same time, signals proportional to the current in the deflecting coils 16 were recorded. The registration results were recorded in a file for further processing. The sampling frequency during analog-to-digital conversion in the experiments was 400 kHz for two measuring channels. All melted samples were subjected to further processing in order to produce longitudinal macro sections.

Сигнал вторичного тока в плазме с коллектора электронов, установленного над зоной сварки, и сигнал тока в отклоняющих катушках обрабатывались с помощью компьютерной информационно-измерительной системы, оснащенной многоканальным аналого-цифровым интерфейсом.The signal of the secondary current in the plasma from the electron collector installed above the welding zone and the current signal in the deflecting coils were processed using a computer information-measuring system equipped with a multi-channel analog-to-digital interface.

На фиг. 4 приведены графики, выражающие зависимости величины запаздывания Δτ0 от степени фокусировки ΔIf, построенные по полученному при обработке результатов эксперимента уравнению регрессии при трех частотах осцилляции. Графики построены при постоянных мощности сварки P=2 кВт, размере развертки осцилляции 2A=1 мм, и амплитуде колебаний тока фокусировки, обеспечивающих сканирование фокуса, Ifm=8 мА. Графики демонстрируют, что совместное применение синфазных осцилляции фокуса и продольных отклонений луча, обеспечивает хорошую линейность зависимостей. Кривые на фиг. 4 монотонно убывают при увеличении степени фокусировки и принимают нулевые значения в районе острой фокусировки, обеспечивающей максимальную глубину проплавления. На фиг. 5 представлена зависимость величины запаздывания Δτ0 от времени при сварке при постоянном недофокусированном режиме (ΔIf=-10 мА). При реализации по заявленному способу применение дополнительного фокального сканирования, синфазного с осцилляцией продольных отклонений электронного луча, обеспечивает сравнительно небольшие флуктуации Δτ0 по времени, что демонстрирует высокое отношение сигнал/шум.In FIG. Figure 4 shows graphs expressing the dependence of the delay Δτ 0 on the degree of focusing ΔI f , constructed using the regression equation obtained by processing the experimental results at three oscillation frequencies. Graphs are plotted at constant welding power P = 2 kW, the sweep size of the oscillations 2A = 1 mm, and the amplitude of the oscillations of the focusing current, providing focus scanning, I fm = 8 mA. The graphs demonstrate that the combined use of in-phase focus oscillations and longitudinal beam deviations provides good linearity of the dependencies. The curves in FIG. 4 monotonously decrease with increasing degree of focusing and take zero values in the region of sharp focusing, which provides the maximum penetration depth. In FIG. Figure 5 shows the time lag Δτ 0 as a function of time during welding with a constant unfocused mode (ΔI f = -10 mA). When implemented according to the claimed method, the use of additional focal scanning in phase with the oscillation of the longitudinal deviations of the electron beam provides relatively small fluctuations Δτ 0 in time, which demonstrates a high signal to noise ratio.

Таким образом, результаты, полученные с помощью заявленного устройства, характеризуются лучшей линейностью, большей стабильностью по времени, лучшим отношением/сигнал шум и позволяют точнее идентифицировать режим фокусировки. Указанные преимущества позволяют повысить точностью и быстродействие оперативного контроля фокусировки электронного луча.Thus, the results obtained using the claimed device are characterized by better linearity, greater stability in time, better ratio / signal to noise ratio and allow more accurate identification of the focus mode. These advantages can improve the accuracy and speed of operational control of focusing of the electron beam.

Claims (1)

Устройство для контроля и управления фокусировкой луча при электронно-лучевой сварке металлов, содержащее коллектор электронов, резистор нагрузки, подключенный к коллектору через источник смещения, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, блок синхронного накопления, цифроаналоговый преобразователь, блок измерения тока отклоняющих катушек, ПИД-регулятор, блок управления током фокусирующих катушек, блок управления током отклоняющих катушек и генератор пилообразных или синусоидальных колебаний, соединённый с входом блока управления током отклоняющих катушек и с первым входом блока управления током фокусирующих катушек, при этом второй вход блока управления током фокусирующих катушек соединён с выходом ПИД-регулятора, вход которого соединён с выходом цифроаналогового преобразователя, вход цифроаналогового преобразователя соединён с выходом блока синхронного накопления, входы которого соединены с выходами первого и второго аналого-цифровых преобразователей, при этом вход первого аналого-цифрового преобразователя соединён с коллектором электронов, а вход второго - с выходом блока измерения тока отклоняющих катушек.
Figure 00000001
A device for monitoring and controlling beam focusing in electron beam metal welding, comprising an electron collector, a load resistor connected to the collector via a bias source, first and second analog-to-digital converters, a synchronous storage unit, a digital-to-analog converter, a unit for measuring the current of deflecting coils, PID -regulator, control unit for current of focusing coils, control unit for current of deflecting coils and sawtooth or sinusoidal oscillator connected to the input of unit current control of the deflecting coils and with the first input of the focusing coil current control unit, while the second input of the focusing coil current control unit is connected to the output of the PID controller, the input of which is connected to the output of the digital-to-analog converter, the input of the digital-to-analog converter is connected to the output of the synchronous storage unit, the inputs of which connected to the outputs of the first and second analog-to-digital converters, while the input of the first analog-to-digital converter is connected to the electron collector, and One of the second - with the output of the current measuring unit of the deflection coils.
Figure 00000001
RU2014107458/02U 2014-02-25 2014-02-25 DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING RU144976U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107458/02U RU144976U1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107458/02U RU144976U1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU144976U1 true RU144976U1 (en) 2014-09-10

Family

ID=51540500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014107458/02U RU144976U1 (en) 2014-02-25 2014-02-25 DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU144976U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580266C1 (en) * 2015-01-12 2016-04-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Device for determination of energy density distribution and control of electron beam focusing

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580266C1 (en) * 2015-01-12 2016-04-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Device for determination of energy density distribution and control of electron beam focusing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2012236196A (en) Laser welding apparatus and laser welding method
JP2001255202A (en) Device and method for measuring vibration
RU144976U1 (en) DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING
RU2567962C2 (en) Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end
RU2519155C2 (en) Operative control method for electron-beam welding
RU2704682C1 (en) Method of electron-beam backfilling with control of filler wire position relative to electron beam (versions)
RU2723493C1 (en) Method of laser welding with control of formation process of welded seam
Trushnikov et al. Controlling the electron beam focus regime and monitoring the keyhole in electron beam welding
US20170021450A1 (en) Method and device for laser machining a substrate with multiple laser radiation deflection
RU2532626C1 (en) Method of electron beam welding
WO1986003443A1 (en) Apparatus for automatically controlling heat input by a high-frequency power supply for welding
Sommer et al. Interaction of rf phase modulation and coupled-bunch instabilities at the DELTA storage ring
RU2024372C1 (en) Method of and device for electron beam welding
JP3839762B2 (en) Method and apparatus for controlling laser ablation in solution
RU1797538C (en) Method and device for welding
Varushkin et al. Using bremsstrahlung X-Ray for positioning of the filler wire during electron beam surfacing
KR910003526B1 (en) Method for controlling a bead
RU2148484C1 (en) Electron-beam welding method
CN107425700B (en) Multipath digital ultrasonic power supply
RU2183153C2 (en) Electron beam welding method
RU2090327C1 (en) Method of and device for electron-beam welding
US4012620A (en) Electron beam seam finding device
RU2569608C1 (en) Method of electron beam welding
RU2205730C1 (en) Apparatus for automatic control of position of welding head
RU2721244C1 (en) Method of controlling laser metal processing

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160226