RU2071401C1

RU2071401C1 - Electron beam welding method

Info

Publication number: RU2071401C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Андреевич Кайдалов; Юрий Иванович Пастушенко; Валерий Александрович Калачев
Original assignee: Анатолий Андреевич Кайдалов; Юрий Иванович Пастушенко; Валерий Александрович Калачев
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1991-03-01
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: welding; process control devices. SUBSTANCE: method includes changing of electron beam focusing depending on deflection of electron beam from axis of welding pool. Focusing current modulation frequency is two times as high as main harmonics of signal setting deflection of beam across butt weld. EFFECT: enlarged operating capabilities owing to provision of operative dynamic changing of electron beam focusing. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к технологии электронно-лучевой сварки. The invention relates to the field of welding production, namely to the technology of electron beam welding.

Цель изобретения повышение качества сварного соединения без снижения эффективности процесса сварки. The purpose of the invention is to improve the quality of the welded joint without compromising the efficiency of the welding process.

При электронно-лучевой сварке с разверткой пучка электронов в сварочной ванне дополнительно формируют модуляцию фокусировки электронного пучка, синхронизированную с поперечной составляющей развертки пучка электронов к направлению сварки по времени и закону изменения, причем период модуляции положения фокуса в два раза меньше периода поперечной развертки пучка электронов, а значение модулированного тока фокусировки в точках максимального отклонения электронного пучка равно рабочему значению, а диапазон его модуляции в одну из сторон не превышает 20-30%
Глубина проплавления и интенсивность корневых дефектов зависят от уровня фокусировки пучка электронов. Для получения максимальной глубины проплавления необходимо заглублять фокус пучка электронов на 2/3 от ее значения, однако при этом максимальны размеры дефектов. Отклонение фокуса электронного пучка в ту или иную сторону приводит к уменьшению как корневых дефектов, так и глубины проплавления.In electron beam welding with an electron beam scan in the weld pool, an electron beam focus modulation is additionally generated synchronized with the transverse component of the electron beam scan to the welding direction in time and according to the law of change, and the period of focus position modulation is two times less than the period of the transverse scan of the electron beam, and the value of the modulated focusing current at the points of maximum deviation of the electron beam is equal to the operating value, and the range of its modulation to one of the sides n does not exceed 20-30%
The penetration depth and intensity of root defects depend on the level of focusing of the electron beam. To obtain the maximum penetration depth, it is necessary to deepen the focus of the electron beam by 2/3 of its value, however, the size of defects is maximum. Deviation of the electron beam focus in one direction or another leads to a decrease in both root defects and penetration depth.

При использовании модуляции тока фокусировки за период поперечной развертки пучка электронов и плавного вывода его на режим максимальной проплавляющей способности в точках максимального отклонения от оси стыка обеспечивается максимальная эффективность процесса, причем при переходе электронного пучка через ось стыка за счет отклонения фокуса от рабочего значения достигается минимальное значение корневых дефектов. Для симметрирования зоны проплава относительно оси стыка модуляцию тока фокусировки синхронизируют по времени и закону изменения тока, чтобы период модуляции тока фокусировки был в два раза меньше периода поперечной развертки. Using modulation of the focusing current for the period of the transverse sweep of the electron beam and its smooth transition to the maximum melting ability mode at the points of maximum deviation from the joint axis, the maximum efficiency of the process is ensured, and when the electron beam passes through the joint axis due to the focus deviation from the operating value, the minimum value is reached root defects. To balance the penetration zone with respect to the joint axis, the modulation of the focusing current is synchronized in time and in accordance with the law of variation of the current, so that the period of modulation of the focusing current is two times less than the period of the transverse scan.

На фиг. 1 представлен вариант устройства, реализующий способ электронно-лучевой сварки; на фиг. 2 временные диаграммы сигналов развертки пучка электронов. In FIG. 1 shows a variant of the device that implements the method of electron beam welding; in FIG. 2 time diagrams of the scanning signals of the electron beam.

Устройство содержит электронную пушку 1, формирующую электронный пучок 2, с фокусирующей системой 3 с обмотками 4 и 5 и с отклоняющей системой 6 с координатными обмотками 7 и 8 отклонения электронного пучка 2 относительно поверхности 9 в сварочной ванне 10 изделия, усилители тока 11, 12, 13 и 14, подключенные к соответствующим обмоткам 4, 5 и 7, 8, цифроаналоговые преобразователи 15, 16, 17 и 18, выходы которых связаны со входами усилителей 11, 12, 13 и 14 соответственно, источник опорного напряжения 19 и цифроаналоговые преобразователи 20, 21 и 22, которые своими выходами подключены к первым входам преобразователей 15, 16, 17 и 18 соответственно, запоминающее устройство 23, синхрогенератор 24, делитель частоты 25 и счетчик адреса 26, которые включены в электрическую цепь между синхрогенератором 24 и входом управления запоминающим устройством 23, выходы которого подключены ко входам преобразователей 20, 21 и 22, пульт управления 27, выходы которого подключены ко вторым входам преобразователей 15, 16, 17 и 18, входу управления делителем 25, входам управления запоминающим устройством 23. The device contains an electron gun 1, forming an electron beam 2, with a focusing system 3 with windings 4 and 5 and with a deflecting system 6 with coordinate windings 7 and 8 deflecting the electron beam 2 relative to surface 9 in the weld pool 10 of the product, current amplifiers 11, 12, 13 and 14, connected to the corresponding windings 4, 5 and 7, 8, digital-to-analog converters 15, 16, 17 and 18, the outputs of which are connected to the inputs of the amplifiers 11, 12, 13 and 14, respectively, the reference voltage source 19 and the digital-to-analog converters 20, 21 and 22, which are their way out we connected to the first inputs of the converters 15, 16, 17 and 18, respectively, a storage device 23, a clock 24, a frequency divider 25 and an address counter 26, which are included in the electrical circuit between the clock 24 and the control input of the storage device 23, the outputs of which are connected to the inputs converters 20, 21 and 22, a control panel 27, the outputs of which are connected to the second inputs of the converters 15, 16, 17 and 18, the control input of the divider 25, the control inputs of the storage device 23.

Из запоминающего устройства 23 по сигналам от пульта 27 со скоростью изменения адресных сигналов счетчика 26 воспроизводятся сигналы, задающие законы изменения фокусировки электронного пучка 2 на первый вход преобразователя 16 изменения положения электронного пучка относительно изделия 9 в сварочной ванне 10 на первые входы преобразователей 17 и 18. На первый вход преобразователя 15 поступает опорный сигнал источника 19, соответствующий заданию рабочего значения фокусировки пучка электронов. From the storage device 23, according to the signals from the remote control 27, the signals specifying the laws of changing the focusing of the electron beam 2 to the first input of the converter 16 for changing the position of the electron beam relative to the product 9 in the weld pool 10 to the first inputs of the converters 17 and 18 are reproduced using the speed of the address signals of the counter 26. At the first input of the Converter 15 receives the reference signal of the source 19, corresponding to the task of the working value of the focusing of the electron beam.

На вторые входы преобразователей 15, 16, 17 и 18 от пульта 27 управления поступают сигналы, задающие уровни фокусировки электронного пучка, модуляции фокусировки и амплитуды развертки электронного пучка поперек стыка. Сформированные токовые сигналы модуляции и поперечной развертки Ioy поступают соответственно на обмотки систем 3 и 6. На фиг.2 приведены два варианта а и б разверток пучка электронов поперек стыка и соответственно два варианта законов модуляции тока фокусировки ΔI_ф относительно оси Х.The second inputs of the converters 15, 16, 17 and 18 from the control panel 27 receive signals that specify the levels of focusing of the electron beam, modulation of the focus and the sweep amplitude of the electron beam across the junction. The generated modulation and transverse current signals Ioy arrive respectively at the windings of systems 3 and 6. Figure 2 shows two options a and b of the electron beam scans across the junction and, accordingly, two versions of the laws of modulation of the focusing current ΔI _f relative to the X axis.

Для модуляции тока фокусировки системы 3 используется обмотка 5. Соотношение ампер-витков обмоток 5 и 4 не превышает 20-30% что достаточно для управления. The winding 5 is used to modulate the focusing current of system 3. The ratio of ampere-turns of windings 5 and 4 does not exceed 20-30%, which is enough for control.

На установках У570М и ЭЛУ-5 с энергоблоками ЭЛА-15 и ЭЛА-60/60 cваривались листы из стали 30ХССН2А толщиной до 60 мм. Использовалась круговая развертка с частотой 185 Гц и диаметром 1,5 мм, скорость сварки 2,5 мм/с, ток электронного пучка составлял 197 мА. At U570M and ELU-5 units with ELA-15 and ELA-60/60 power units, sheets of steel 30KhSSN2A were welded to a thickness of up to 60 mm. A circular scan was used with a frequency of 185 Hz and a diameter of 1.5 mm, a welding speed of 2.5 mm / s, and the electron beam current was 197 mA.

При отсутствии дефектов было достигнуто закругление шва 1,2-1,4 мм. In the absence of defects, a weld curvature of 1.2-1.4 mm was achieved.

Claims

The method of electron beam welding, which consists in the formation of the transverse component of the technological scan to the direction of welding, characterized in that, in order to improve the quality of the welded joint without reducing the efficiency of the welding process, an additional scan of the signal for modulating the focus of the electron beam, synchronized with the transverse component of the scan time and the law of change, and the period of modulation of the focus position is two times less than the period of technological sweep, the value of the modulated current focusing at points of maximum deflection of the beam is equal to the working value, and its range of modulation of one of the parties does not exceed 20 to 30%