SU1405977A1 - Способ электронно-лучевой сварки и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электронно-лучевой сварке, в частности к системам ведени  электронного луча по стыку свариваемых деталей. Цель изобретени  - повышение качества сварки за счет повышени  точности позиционировани  луча. Это достигаетс  тем, что измер ютс  значени  магнитной индукции и ее производной между пушкой и свариваемыми детал ми, вычисл ют угол между осью пушки и .касательной к траектории пучка электронов в точке падени  на свариваемую поверхность, который образуетс  от вли ни  магнитного по.п , и осуществл ют поворот луча на этот угол. Устройство вютючает электронно-лучевую установку, датчики магнитной индукции и ее производной, блоки лени  угла и рассогласовани , запоминающий , управлени , сравнени , ключ и суммат1Ор. Изобретение позвол ет компенсировать погрешность, обусловленную паразитными магнитными пол ми, 2 с.и 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л| С

Description

ел

С0

I Изобретение относитс  к электрон- I но-лучевой сварке, в частности к системам ведени  электронного луча по стыку свариваемых деталей.

Цель изобретени  - повышение качества сварки за счет повьпиени  точности позиционировани  луча.

На фиг.1 показана схема отклонени  пучка электронов под действием магнитного пол ; на фиг.2 - функциональна  схема устройства.

Электронно-лучевой пушкой 1 (фиг.1) формируетс  пучок 2 с начальной скоростью электронов V, определ емой ускор ющим напр жением и направленной по оси электронно-лучевой пушки. В результате взаимодействи  электронов пучка с составл ющей однородного магнитного пол , перпендикул рной скорости электронов, траектори  пучка представл ет собой окружность радиуса R с центром в точке О, (положение I электронно-лучевой пушки). Наличие кривизны I/P траектории луча приводит на длине L к по влению угла 0 между осью пушки и касательной 3 к траектории пучка электронов в точке падени  его на свариваемую поверхность . Если указанна  составл юща  магнитного пол  направлена вдоль стыка А свариваемых деталей 5 (перпендикул рно плоскости чертежа), то угол б равен углу между плоскостыо стыка и названной касательной 3 и при точном позиционировании луча по стыку верхних кромок (положение 1) обуславливает погрешность и л «/ -б совмещени  луча со стыком в корне шва, где - толщина свариваемых кро мок..Погрешность и приводит к частичному несплавлению h свариваемых плоскостей и отрицательно сказываетс  на качестве сварного соединени .

По результатам измерени  парамет- ров магнитного пол , направленного вдоль стыка свариваемых деталей, вычисл ют угол 6 и осуществл ют поворот луча до нулевого значени  угла 0 (позици  П). Затем производ т позиционирование пучка электронов по стыку свариваемых деталей путем плос копараллельного перемещени  луча или свариваемых деталей до совмещени  его со стыком (поз.Ш). Точками 0|, 0|, , О III отмечены центры окружностей представл ющих траектории пучка электронов в соответствующих положени х электронно-лучевой пушки.

Угол б определ етс  выражением

Z

B(Z)dZ

О

9

m - V

О с Q

0

где е - зар д электрона; m - масса электрона; V - скорость электронов в пучке , B(Z) - закон распределени  магнитной индукции в пространстве пушка-свариваемые детали;

О Z L

Точки Z О и Z L наход тс  на уровне фокусирующей системы и на поверхности свариваемых деталей соответственно .

Дл  расчета угла 9 необходимо знать закон распределени  индукции B(Z), определ емый известными математическими методами.

В состав устройства (фиг.2) вход т электронно-лучева  установка 6 с приводами 7 и 8 плоскопараллельного и углового перемещени  луча соответственно , измеритель 9 магнитных полей с датчиками 10, 11 и измерительно- преобразовательным блоком 12, блоки 13 и 14 вычислени  угла и рассогласовани  соответственно, запоминающий блок 15, блок сравнени  16, ключ 17, сумматор 18, блок 19 введени  луча по стыку свариваемых деталей, блок управлени  20.

Применение двух датчиков, измер ющих индукции магнитного пол  в двух точках (.Z I) и Z Z,), поэвол ет определить точное значение угла ® .при действии однородного и линейного Неоднородного магнитных полей.

С целью увеличени  точности определени  угла 0 в услови х нелинейного распределени  B(Z) и ограниченного количества точек измерени  измеритель 9 магнитных полей выполнен по схеме измерени  индукции и производной от индукции магнитного пол  и содержит соответствующие датчики 10 и 11, соединенные с измерительно-преобразовательным блоком 12.

Повышение степени полинома, аппроксимирующего закон распределени  B(Z), приводит к повышению точности определени  угла.

Изменение названных параметров магнитного пол  может производитьс  феррозондовыми датчиками, включенными по схеме измерени  индукции и схеме градиентометра.

Блоки 13 и 14 вычислени  угла и рассогласовани , а также запоминающий блок 15, блок сравнени  16, ключ 17, сумматор 18, блок управлени  20 реализуютс  на базе микропроцессорных средств с устройствами ввода-вывода , включающими в себ  аналого-цифровыв и цифроаналоговые преобразователи , интерфейс св зи и усилители дл  формировани  достаточных по мощности управл ющих сигналов.

Моменты соответствующих команд блока управлени  формируютс  либо синхроимпульсами программируемых таймеров , вход щих в состав микропроцессорных средств, либо сигналами преры

ваний, поступающими, например, с датчика перемещений свариваемых деталей вход щих в состав электронно-лучевой установки или с ручных коммутационны элементов, вход щих в блок управлени . Обычно блоком управлени  в мик- ропроцессорных средствах  вл етс  центральный процессор.

Приводы 7 и 8 плоскопараллельного и углового перемещени  луча могут быть заменены электронно-магнитной отклон ющей системой состо щей из двух пар отклон ющих катушек, полюса которых разнесены в направлении оси электронной пушки.

В зависимости от типа блока 19 ведени  луча по стыку свариваемых де талей могут быть два варианта, определ ющие режимы работы и функционально-элементный состав устройства, включенный в работу.

При использовании след щей системы с периодическим контурным сканированием устройство работает следующим образом,

В процессе сварки с выходов измерител  магнитного пол  9 на вход блока 13 вычислени  угла поступает информаци  о параметрах составл ющей магнитного пол , направленной вдоль стыка свариваемых деталей.

На выходе блока 13 формируетс  управл ющий сигнал, который поступае на привод 8, осуществл ющий угловое перемещение луча до нулевого значени угла б . Рассогласование X (фиг.1) положений луча и стыка, св занное с угловой коррекцией, компенсируетс  приводом 7, который управл етс  в этом режиме блоком 19 ведени  луча

jQ

15

20

30

25

т  

35

40

45

50

55

по стыку через сумматор 18. При этом ключ 17 разомкнут и сигнал на выходе сумматора определ етс  только сигналом средств направлени  луча по стыку:

В случае применени  блока ведени  с предварительной записью программы коррекции положени  луча относительно стыка (2) с целью учета изменени  распределени  ), вызванного раз- личньми технологическими услови ми режимов записи программы и сварки, одновременно с записью координат положени  луча, осуществл емого блоком ведени  луча по стыку в автоматическом режиме слежени  на малом токе . луча, производ т запись рассогласований положений луча и стыка, обусловленных угловой коррекцией.

Дп  расчета названного рассогласовани  необходимо определить величину d - отклонени  пучка электронов от оси пушки на поверхности свариваемых деталей (фиг.1), а затем, в зависимости от типа средств перемещени  луча (приводы 7 и 8), найти рассогласование .

В случае, показанном на фиг.1, рассогласование определ етс  соотношением

X 2d Величина d находитс  из выражени 

Z Z

d -S- B(Z)dZdZ mv О J о о

В блоке 14 осуществл етс  вычисление рассогласовани . Оперативным запоминающим блоком 15 производитс  запись значений X по адресам, соответствующим адресам записи координат луча в блоке 19 ведени  луча по стыку. В этом режиме так же как и в первом случае ключ 17 разомкнут, , выходной сигнал сумматора 18 определ етс  выходньм сигналом блока 19.

При сварке канал измерени  положени  луча относительно стыка, вход щий в состав блока 19, исключаетс  от контура управлени  и на его выходе воспроизводитс  информаци , записанна  в предыдущем режиме. Одновременно с этим на второй вход сумматора 18 через замкнутый ключ 17 поступает сигнал с выхода блока сравнени  16, определ емый разностью входI51A05977

ных сигналов, один из которых идет с выхода запоминающего блока и харак- тсфизует названное рассогласование в I предыдущем режиме, а второй - сс

вихода блока 14 вычислени  рассогласовани  в текущий момент времени. В случае ненулевой разности этих сиг- , свидетельствующей об изменении распределени  B(Z), осуществл - ю

с  коррекци  положени  луча путем ммировани  этой разницы с вьтодным  гналом блока 19. Суммарный сигнал передаетс  на привод 7, осуществл ющий соответствующую коррекцию. При этом углова  коррекци  положени  луча производитс  так же, как и в пре- рьодущих случа ху

Изобретение позвол ет компенсировать обусловленный магнитным полем угол между плоскостью стыка и касательной к траектории пучка электро- вов в точке падени  его на поверхность свариваемых деталей. Данные (1 параметрах магнитного пол  получают с помощью измерител , позвол ющего нар ду с измерением индукции производить измерение производной от индукции магнитного пол  по рассто нию пушка - свариваемые детали.

Claims (3)

1. Способ электронно-лучевой свар- пи, при котором позиционируют луч по стыку свариваемых деталей, измер ют нагнитное поле, компенсируют вли -  ие магнитного пол  на отклонение {пуча, отличающийс  тем, J4TO, с целью повышени  качества свар- Ци за счет повышени  точности пози- :ционировани  луча, вычисл ют угол между плоскостью стыка и касательной

5

0

5

0

5

0

К траектории пучка электронов в точке падени  его на поверхность свариваемых деталей обусловленным магнитным полем и компенсацию производ т путем поворота луча на вычисленный угол.

2.Устройство дл  электронно-лучевой сварки, содержащее электроннолучевую установку с приводами плоскопараллельного и углового перемещений луча, блок слежени  луча по стыку свариваемых деталей и измеритель магнитного пол , отличающее с  тем, что, с целью повышени  качества сварки за счет повышени  точности позиционировани  луча, в него введены блок вычислени  угла, блок управлени  и последовательно соединенные блоки вычислени  рассогласовани , запоминающий блок, блок сравнени , ключ и сумматор, причем выходы измерител  магнитного пол  соединены с входами блоков вычислени  рассогласовани  и угла, выход последнего соединен с приводом углового перемей;ени , выход блока вычислени  рассогласовани  подключен к второму входу блока сравнени , выходы блока управлени  подключены соответственно к управл ющему входу ключа, к второму входу запоми- нающего блока и через блок слежени  луча по стыку свариваемых деталей к второму входу сумматора, выход которого соединен с приводом плоскопараллельного перемещени .

3.Устройство по п.2, отличающеес  тем, что измеритель магнитного пол  выполнен в виде датчиков индукции и производной индукции магнитного пол , подключенных к измерительно-преобразовательному блоку.

Фиг.