RU2024372C1 - Method of and device for electron beam welding - Google Patents
Method of and device for electron beam weldingInfo
- Publication number
- RU2024372C1 RU2024372C1 SU5004258A RU2024372C1 RU 2024372 C1 RU2024372 C1 RU 2024372C1 SU 5004258 A SU5004258 A SU 5004258A RU 2024372 C1 RU2024372 C1 RU 2024372C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- electron
- specific power
- current
- welding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронно-лучевой сварке и может быть использовано в установках для электронно-лучевой сварки. The invention relates to electron beam welding and can be used in installations for electron beam welding.
Известен также способ электронно-лучевой сварки с контролем удельной мощности луча в зоне взаимодействия с металлом, при котором фокусировку электронного луча устанавливают по сигналу, получаемому в результате выделения и обработки переменных составляющих вторичного тока с пересекающимися частотными спектрами [1]. There is also known a method of electron beam welding with control of the specific power of the beam in the zone of interaction with the metal, in which the focus of the electron beam is set according to the signal obtained by the extraction and processing of the alternating components of the secondary current with intersecting frequency spectra [1].
Известный способ обеспечивает высокую точность контроля фокусировки электронного луча в процессе сварки с глубоким проплавлением металла, а также позволяет осуществить электронно-лучевую сварку с фокусировкой, при которой достигается поверхностное расплавление металла. Однако недостатком известного способа является низкая точность контроля фокусировки электронного луча при электронно-лучевой сварке с поверхностным расплавлением, так как известный способ позволяет определить только наличие поверхностного расплавления металла по нулевым значениям амплитуд составляющих вторичного тока с частотами 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц и соответственно, зафиксировать фокусировку электронного луча, при этом возможность оптимизировать фокусировку луча в режиме поверхностного расплавления металла отсутствует. The known method provides high precision control of the focusing of the electron beam in the welding process with deep penetration of metal, and also allows for electron beam welding with focusing, which is achieved surface melting of the metal. However, the disadvantage of this method is the low accuracy of focus control of the electron beam in electron beam welding with surface melting, since the known method allows you to determine only the presence of surface melting of metal from zero values of the amplitudes of the secondary current components with frequencies of 200-800 Hz and 2.5-25 , 0 kHz and, accordingly, fix the focus of the electron beam, while there is no possibility to optimize the focus of the beam in the surface melting mode of the metal.
Известно также устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронную пушку с фокусирующей линзой, коллектор электронов, резисторы нагрузки с последовательно подключенными к ним источниками смещения, переключатель, соединенный с резисторами нагрузки, фильтр и амплитудный детектор, а также второй фильтр, второй амплитудный детектор, блок преобразования сигналов, триггер и последовательно соединенные генератор импульсов с ключом управления, счетчик импульсов и аналого-цифровой преобразователь, выход которого через усилитель тока подключен 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. Also known is a device for electron beam welding containing an electron gun with a focusing lens, an electron collector, load resistors with bias sources connected in series to them, a switch connected to load resistors, a filter and an amplitude detector, as well as a second filter, a second amplitude detector, a signal conversion unit, a trigger and a series-connected pulse generator with a control key, a pulse counter and an analog-to-digital converter, the output of which is through an amplifier current is connected to the focusing lens of the electron gun, and the inputs of both filters are connected to the switch, the outputs of the filters are connected to the inputs of the amplitude detectors, the outputs of the latter are connected to the inputs of the signal conversion unit, and the output of the signal conversion unit is connected to the input of the trigger, the output of which is connected to the input of the control key pulse generator.
Недостатком известного устройства является низкая точность определения и фиксации режима фокусировки электронного луча, обеспечивающая поверхностное расплавление металла при сварке, а также отсутствие возможности оптимизации фокусировки электронного луча при сварке с поверхностным расплавлением металла. Это обусловлено тем, что блок преобразования сигналов для контроля и фиксации режима фокусировки электронного луча при сварке с поверхностным расплавлением содержит нуль-компаратор, вход которого подключен к выходу первого амплитудного детектора, детектирующего составляющую вторичного тока с частотами в диапазоне 200-800 Гц. При этом фиксация фокусировки электронного луча осуществляется в момент появления переменной составляющей вторичного тока в вышеуказанном диапазоне частот, характеризующей начальный момент образования парогазового канала в металле. Таким образом, известное устройство фиксирует фокусировку электронного луча в момент перехода из режима сварки с поверхностным расплавлением в режим образования канала в металле, то есть фиксация фокусировки осуществляется в конечном участке диапазона режимов сварки с поверхностным расплавлением металла, что не является оптимальным режимом фокусировки. Необходимо также отметить, что при сварке малых толщин, когда канал не образуется, осуществить контроль тока фокусировки по известному способу невозможно. A disadvantage of the known device is the low accuracy of determining and fixing the focusing mode of the electron beam, which provides surface melting of the metal during welding, as well as the inability to optimize the focusing of the electron beam during welding with surface metal melting. This is due to the fact that the signal conversion unit for monitoring and fixing the focusing mode of the electron beam during welding with surface melting contains a zero comparator, the input of which is connected to the output of the first amplitude detector that detects the secondary current component with frequencies in the range of 200-800 Hz. In this case, the focusing of the electron beam is fixed at the time of the appearance of the alternating component of the secondary current in the above frequency range, characterizing the initial moment of formation of the vapor-gas channel in the metal. Thus, the known device fixes the focus of the electron beam at the moment of transition from the welding mode with surface melting to the channel formation mode in the metal, that is, the focus is fixed in the final section of the range of welding modes with surface melting of the metal, which is not the optimal focus mode. It should also be noted that when welding small thicknesses, when the channel is not formed, it is impossible to control the focusing current by the known method.
Целью изобретения является повышение точности контроля фокусировки электронного луча при электронно-лучевой сварке с поверхностным расплавлением металла. The aim of the invention is to improve the accuracy of focus control of the electron beam in electron beam welding with surface metal melting.
В способе электронно-лучевой сварки фокусировку электронного луча осуществляют по величине удельной мощности, которую определяют выделением и обработкой переменной составляющей вторичного тока. Удельную мощность луча моделируют, налагая на ток луча и (или) на ток фокусирующей линзы электронной пушки переменное напряжение с заданной частотой. Фокусировку электронного луча устанавливают по амплитуде переменной составляющей вторичного тока, имеющей частоту, равную частоте модуляций удельной мощности луча. In the method of electron beam welding, the focusing of the electron beam is carried out according to the value of the specific power, which is determined by the selection and processing of the variable component of the secondary current. The specific power of the beam is modeled by imposing an alternating voltage with a given frequency on the beam current and / or on the current of the focusing lens of the electron gun. The focus of the electron beam is set according to the amplitude of the alternating component of the secondary current having a frequency equal to the modulation frequency of the specific power of the beam.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для осуществления способа; а на фиг.2 - график зависимости амплитуды составляющей вторичного тока с частотой, равной частоте модуляции удельной мощности электронного луча, от тока фокусирующей линзы. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for implementing the method; and figure 2 is a graph of the amplitude of the secondary current component with a frequency equal to the modulation frequency of the specific power of the electron beam on the current of the focusing lens.
Устройство для электронно-лучевой сварки содержит электронную пушку 1 с фокусирующей линзой 2, резистор нагрузки 3, источник 4 смещения, фильтр 5, амплитудный детектор 6, генератор 7 переменного напряжения, блок 8 управления удельной мощностью электронного луча, коллектор 9 электронов. Коллектор 9 электронов подключен к источнику 4 смещения, второй полюс которого соединен с резистором 3 нагрузки и входом фильтра 5. Выход фильтра 5 подключен к входу амплитудного детектора 6, выход которого соединен с одним из входов блока 8 управления удельной мощностью электронного луча. Второй вход блока 8 управления удельной мощностью электронного луча подключен к генератору 7 переменного напряжения. Один из выходов блока 8 управления удельной мощностью электронного луча соединен с электронной пушкой 1, а второй выход подключен к фокусирующей линзе 2. Фильтр 5 настроен на частоту модуляции удельной мощности электронного луча, определяемую генератором 7 переменного напряжения. Источник 4 смещения представляет собой источник стабилизированного постоянного напряжения. Блок 8 управления удельной мощностью электронного луча может быть выполнен в виде двухканального устройства, в котором канал управления током фокусирующей линзы является экстремальным регулятором на базе синхронного детектора, а канал управления током электронного луча предназначен для модуляции удельной мощности луча и подключен к управляющему электроду электронной пушки. The device for electron beam welding contains an electron gun 1 with a focusing lens 2, a load resistor 3, a bias source 4, a filter 5, an amplitude detector 6, an alternating voltage generator 7, an electron beam specific power control unit 8, an electron collector 9. The electron collector 9 is connected to an offset source 4, the second pole of which is connected to the load resistor 3 and the input of the filter 5. The output of the filter 5 is connected to the input of the amplitude detector 6, the output of which is connected to one of the inputs of the unit for controlling the specific power of the electron beam. The second input of the unit 8 for controlling the specific power of the electron beam is connected to an alternating voltage generator 7. One of the outputs of the unit for controlling the specific power of the electron beam is connected to the electron gun 1, and the second output is connected to the focusing lens 2. The filter 5 is tuned to the modulation frequency of the specific power of the electron beam, determined by the alternator 7. The bias source 4 is a stabilized constant voltage source. The unit for controlling the specific power of the electron beam can be made in the form of a two-channel device, in which the channel for controlling the current of the focusing lens is an extreme controller based on a synchronous detector, and the channel for controlling the current of the electron beam is designed to modulate the specific power of the beam and is connected to the control electrode of the electron gun.
Устройство работает следующим образом. При электронно-лучевой сварке с поверхностным расплавлением металла осуществляется модуляция удельной мощности электронного луча путем подачи переменного напряжения заданной частоты с генератора 7 переменного напряжения через блок 8 управления удельной мощностью электронного луча на электронную пушку 1 или фокусирующую линзу 2. Возможна также модуляция удельной мощности электронного луча путем одновременной подачи модулирующего напряжения на электронную пушку и фокусирующую линзу. Вследствие модуляции удельной мощности луча возникает переменная составляющая вторичного тока с частотой, равной частоте модуляции, которая регистрируется коллектором 9 электронов и выделяется с помощью фильтра 5. Источник 4 смещения предназначен при этом для повышения величины вторичного тока и исключения попадания на коллектор положительных ионов из плазмы, образующейся в зоне воздействия электронного луча. Выделенную составляющую детектируют амплитудным детектором 6 и полученный сигнал, пропорциональный амплитуде составляющей, подают на вход блока 8 управления удельной мощностью электронного луча. Блок 8 управления удельной мощностью электронного луча по сигналу с выхода амплитудного детектора 6 устанавливает оптимальную фокусировку луча, соответствующую максимальной амплитуде составляющей вторичного тока, имеющей частоту, равную частоте модуляции удельной мощности электронного луча. The device operates as follows. In electron beam welding with surface metal melting, the specific power of the electron beam is modulated by applying an alternating voltage of a given frequency from the alternating voltage generator 7 through the unit for controlling the specific power of the electron beam to the electron gun 1 or focusing lens 2. It is also possible to modulate the specific power of the electron beam by simultaneously supplying a modulating voltage to the electron gun and focusing lens. Due to the modulation of the specific power of the beam, an alternating component of the secondary current arises with a frequency equal to the modulation frequency, which is detected by the electron collector 9 and extracted using the filter 5. The bias source 4 is designed to increase the secondary current and prevent positive ions from entering the collector from the plasma, formed in the area of the electron beam. The extracted component is detected by an amplitude detector 6 and the received signal, proportional to the amplitude of the component, is fed to the input of the unit for controlling the specific power of the electron beam. The unit 8 for controlling the specific power of the electron beam by the signal from the output of the amplitude detector 6 sets the optimal focusing of the beam corresponding to the maximum amplitude of the secondary current component having a frequency equal to the modulation frequency of the specific power of the electron beam.
При этом достигается высокая точность контроля фокусировки электронного луча при электронно-лучевой сварке с поверхностным расплавлением металла, так как при таком режиме воздействия электронного луча устойчивые составляющие в спектре колебаний вторичного тока, связанные с естественными колебательными процессами, отсутствуют. In this case, a high accuracy of control of the focusing of the electron beam is achieved during electron beam welding with surface metal melting, since in this mode of exposure to the electron beam there are no stable components in the spectrum of the secondary current oscillations associated with natural oscillatory processes.
Модуляция удельной мощности электронного луча может осуществляться за счет пульсаций с промышленной частотой тока электронного луча или тока фокусирующей линзы. The specific power of the electron beam can be modulated due to pulsations with the industrial frequency of the current of the electron beam or the current of the focusing lens.
Способ был опробован при электронно-лучевой сварке стали марки 12Х18Н10Т на электронно-лучевой сварочной установке У-902М. В процессе сварки с поверхностным расплавлением при ускоряющем напряжении 25 кВ и токе электронного луча 5 мА осуществляли модуляцию тока электронного луча с частотой 50 Гц. Над зоной сварки был установлен коллектор электронов, в цепи которого были включены источник постоянного стабилизированного напряжения величиной 45 В и резистор нагрузки 130 Ом. Напряжение переменной составляющей с частотой 50 Гц измеряли с помощью электронно-лучевого осциллографа С1-68. На фиг.2 приведен график зависимости амплитуды регистрируемой составляющей вторичного тока от тока фокусирующей линзы. Как видно из графика, предлагаемый способ позволяет с высокой точностью осуществлять фокусировку электронного луча при электронно-лучевой сварке с поверхностным расплавлением и в частности оптимизировать ее значение в соответствии с максимальным значением удельной мощности луча, что невозможно осуществить при использовании способа по прототипу. The method was tested in electron beam welding of steel grade 12X18H10T in the electron beam welding installation U-902M. During welding with surface melting at an accelerating voltage of 25 kV and an electron beam current of 5 mA, the electron beam current was modulated at a frequency of 50 Hz. An electron collector was installed above the welding zone, in the circuit of which a constant voltage source of 45 V and a load resistor of 130 Ohms were connected. The voltage of the variable component with a frequency of 50 Hz was measured using an electron beam oscilloscope C1-68. Figure 2 shows a graph of the amplitude of the recorded component of the secondary current from the current of the focusing lens. As can be seen from the graph, the proposed method allows for high precision focusing of the electron beam in electron beam welding with surface melting and, in particular, to optimize its value in accordance with the maximum value of the specific power of the beam, which is impossible when using the prototype method.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа и устройства состоят в том, что появляется возможность осуществлять с высокой точностью контроль тока фокусировки при сварке малых толщин. The technical and economic advantages of the proposed method and device consist in the fact that it becomes possible to control the focusing current with high accuracy when welding small thicknesses.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5004258 RU2024372C1 (en) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Method of and device for electron beam welding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5004258 RU2024372C1 (en) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Method of and device for electron beam welding |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024372C1 true RU2024372C1 (en) | 1994-12-15 |
Family
ID=21586249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5004258 RU2024372C1 (en) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Method of and device for electron beam welding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2024372C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519155C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Operative control method for electron-beam welding |
| RU2567962C2 (en) * | 2014-02-25 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий" | Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end |
| 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 |
-
1991
- 1991-07-03 RU SU5004258 patent/RU2024372C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1468700, кл. B 23K 15/00, 1986. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519155C2 (en) * | 2012-08-24 | 2014-06-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Operative control method for electron-beam welding |
| RU2567962C2 (en) * | 2014-02-25 | 2015-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр электронно-лучевых и лазерных технологий" | Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end |
| 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 |
|---|---|---|
| JPH11188492A (en) | Distance detector for laser processing device | |
| RU2024372C1 (en) | Method of and device for electron beam welding | |
| GB1279762A (en) | Optical measuring instrument | |
| GB1489543A (en) | Circuit arrangement for controlling the beam current of high tension electron guns | |
| RU2183153C2 (en) | Electron beam welding method | |
| RU2567962C2 (en) | Control over beam focusing at electron welding of metals and device to this end | |
| RU2148484C1 (en) | Electron-beam welding method | |
| US3209244A (en) | Device for the measurement of gas pressures including space current modulating means | |
| SU1468700A1 (en) | Method and apparatus for electron-beam welding | |
| JPS5783079A (en) | Driving method of semiconductor laser | |
| JPS5612791A (en) | Laser driving control system | |
| RU144976U1 (en) | DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF BEAM FOCUSING IN ELECTRON BEAM METAL WELDING | |
| RU2012463C1 (en) | Method and device for electron welding beam focusing adaptive control | |
| JPH02213903A (en) | Controller | |
| JPH0227699A (en) | Acceleration energy control method for high-frequency quadruple-electrode accelerator | |
| SU508819A1 (en) | Method for determining the duration of the neutralization establishment process | |
| RU2113954C1 (en) | Electron-beam welding method | |
| US2952813A (en) | Device for the amplification of minute space currents | |
| US2775708A (en) | Mass spectrometer | |
| JPS5484845A (en) | Control method and apparatus for welding arc heat | |
| SU1544537A1 (en) | Method of electron-beam welding with through penetration | |
| SU1696222A1 (en) | Apparatus for automatic focusing of electron beam | |
| RU2237557C2 (en) | Electron beam welding method | |
| US3260945A (en) | Device for the amplification of minute space currents | |
| SU661195A1 (en) | Device for monitoring availability of flame |