SU1468700A1

SU1468700A1 - Способ электронно-лучевой сварки и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1468700A1
Application number: SU864042944A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Беленький; Виктор Александрович Анкудинов; Игорь Александрович Куцаев
Original assignee: Предприятие П/Я В-8772
Priority date: 1986-02-12
Filing date: 1986-02-12
Publication date: 1989-03-30

Abstract

Изобретение относитс к электронно-лучевой сварке. Цепь изобретени - повьшение точности фокусировани луча по значению удельн й мощности . Устройство дп осуществлени способа электронно-лучевой сварки позвол ет производить обработку параметров одновременно двух составл ющих вторичного тока с непересекающимс частотными спектрами, вьщел емых в цепи свариваемого издели или в цепи коллектора вторичного тока, что дает возможность контрол режимов взаимодействи электронного луча с металлом во всем диапазоне удельных мощностей, используемых при электронно-лучевой сварке и установке фокусировки электронного луча на начальном участке каждого диапазона характерных режимов проплавлени металла . 2 с.п.ф-лы, 8 з.п.ф-лы, 5 ил., 1 табл. с (Л

Description

Изобретение относитс к электронно-лучевой сварке.

Целью изобретени вл етс повышение точности фокусировки луча по значению удельной мощности.

На фиг. 1 изображена зависимость амплитуд составл ющих вторичного тока с частотами в диапазонах 200- 800 Гц и 2,5-25,0 кГц от тока фокуси- рунщей линзы электронной пушки; на фиг. 2 - блок-схема устройства дл осуществлени способа; на фиг.З - блок-схема преобразовател сигналов, вьтолненного в виде нуль-компаратора; на фиг. 4 - блок-схема преобра-. зовател сигналов, выполненного в виде двух нуль-компараторов и логического элемента И; на фиг. 5 блок-схема преобразовател сигналов, выполненного в виде двух экстремато- ров и логического элемента И.

Устройство дл осуществлени способа (фиг.,2) содержит электронную пушку 1 с фокусирующей линзой 2, коллектор 3 электронов, установленный над свариваемым-изделием 4, резисторы 5 и 6 нагрузки в цеп х сва- риваемого издели 4 и коллектора 3 электронов с последовательно подключенными к ним источникмми 7 и 8 смещени , переключател Ь 9, соединенный с резисторами 5 и 6 нагрузки, фильтры 10 и 11, амплитудные детекторы 12 и 13, блок 14 преобразовани сигналов , триггер 15, последовательно соединенные генератор 16 импульсов с

4: О 00 sj

1СП10ЧОМ управлени , счетчик 17 импульсов и аналого-цифровой преобразователь 18, выход которого через усилитель 19 тока подключен к фокусирующей линзе 2 электронной пушки 1,

Входы обоих фильтров 10 и 11 соединены с переключателем 9 Выходы фильтров 10 и 11 подключены к входам амплитудных детекторов 12 и 13. Выходы a fflлитyдньrx детекторов 12 и 13 соединены с входами блока.14 преобразовани сш налов5 выход которого соединен с входом триггера 15. Выход триггера 15 подключен к входу ключа управлени генератора 16 импульсов. Блок 14 преобразовани сигналов (фиг о 3) содержит нуль-компаратор 20, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 12, а выход - к входу триггера 15, или содержит два нуль-компаратора 20 и 21 (фиг.4), подключенные входами к выходам амплитудных детекторов 12 и 13, и логический элемент И,, входы которого соединены с выходами пуль-компараторов 20 и 21, причем выход логического элемента И 22 подключен к входу триггера 15, или содержит экстрематоры 23 и 24 (фиг. 5), подключенные входами к выходам амтлитудных детекторов 12 и 13, и логический элемент 22 И, причем входы логического элемента И 22 соединены с выxoдa пi экстрематоров 23 и 24, а выход логического элемента И 22 подключен к входу триггера 15

Фшхьтр 10 имеет полосу пропускани 200-800 Гц, а фш1ьтр 11 -2,5- 25,0 кГц„ Нуль-компараторы 20 и 21 представл ют собой пороговые устройства с порогом срабатывани , близким к нулю„ Экстрематоры 23 и 24.могут быть реализованы по схеме устройства вьщелени нул производной сигнала на базе дифференциатора.

Способ осуществл етс следующим образом.

При сварке в режиме поверхностного расплавлени фокусировка электронного луча должна быть зафиксирована при нулевых значени х амплитуд составл юищ х с частота1У и в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц (фиг,1 В начальный момент процесса сварки по сигналу оператора-сварщика или программного устройства счетчик 17 импульсов устанавливаетс в нуле вое состо ние, а триггер 15 - в состо ние , при котором сигнал на его

5

0

выходе открывает ключ генератора 16 импульсов. При этом с выхода генератора 16 импульсов на вход счетчика 17 импульсов начинают поступать импульсы и на выходе счетчика 17 формируетс возрастающий цифровой код, который подаетс на вход цифроаналогово- го преобразовател 18. На выходе циф- роаналогового преобразовател 18 возникает линейно во зрастающее напр жение , преобразуемое усилителем 19 тока в ток фокусирующей линзы 2- электронной пушки 1. При этом происходит изменение фокусировки электронного луча в сторону уменьшени диаметра луча на изделии. Одновременно на вход блока 14 преобразовани сигналов, а в данном случае - на вход н шь-ком- паратора 20 (фиг, 3), подаетс сигнал , пропорциональный амплитуде составл ющей тока в цепи издели 4 или коллектора 3 с частотой в диапазоне 200-800 Гц, выделенной фильтром 10 5 и продетектированной амгшитудным детектором 12. Наличие этого сигнала при отсутствии сигнала, пропорционального амплитуде составл ющей с частотой в диапазоне 2,5т25,0 кГц, характеризует образование канала при стационарном испарении металла. Поэтому дд реализации режима сварки с поверхностным расплавлением без образовани канала при по влении сигнала на выходе a mлитyднoгo детектора 12 нуль-компаратор 20 формирует сигнал, который переклйчает триггер 15 в состо ние , обеспечивающее за .счет закрывани ключа прекращение подачи импульсов от генератора 16 на вход счетчика 17. Счетчик 17 фиксирует цифровой код, соответствующий необходимой фокусировке электронного луча. Соответственно , фиксируетс и значение тока в фокусирующей линзе 2. При этом фокусировка электронного луча обеспечивает уде;уьную мощность, соответствующую режиму поверхностного расплавлени .

При сварке в режиме образовани канала со стационарным испарением металла фокусировка электронного луча должнд. быть зафиксирована при нулевом значении амплитуды составл ющей с частотой в диапазоне 2,5- 25,0 кГц и отличном от нул значении амплитуды составл ющей с частотой в диапазоне 200-800 Гц на возрастающем участке зависимости ампли-

0

5

0

5

0

5

туг.ы составл ющей с частотой ZOO- SCO Гц от тока фокусирующей линзы.

I

В этом случае как и в предыдущем, g фокусирующей линзе 2 электронной пушки 1 формируетс возрастающий во времени ток, что приводит к изменению фокусировки электронного луча в сторону уменьшени его диаметра на сва- ю риваемом изделии 4. Одновременно на один из входов блока 14 преобразовани сигналов, в данном случае - на вход нуль-компаратора 20 (фиг.4), подаетс сигнал с вьпсода амплитуд- 15 ного детектора 12, пропорциональный амплитуде составл ющей с частотой в диапазоне 200-800 Гц. На другой вход блока 14 преобразовани сигналов , в данном случае - на вход нуль- 20 компаратора 21, подаетс сигнал с выхода амплитудного детектора 13, пропорциональный амплитуде составл ющей с частотой в диапазоне 2,5-25,0 кГц.

образовани канала со стационарным испарением металла.

При сварке в peKiiMe образовани канала с взрывным испарением металла фокусировка электронного луча должна быть зафиксирована при максимальных значени х at-тлитуд составл ющих с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц,

В этом случае одновременно с изменением фокусировки электронного луча с вьгходов амплитудных детекторов 12 и 13 на входы блока 14 преобразовани сигналов, в данном случае -: на входы экстрематоров 23 и 24 (фиг. 5), подаютс сигналы, пропорциональные амплитудам составл ющих с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц. При максимальных значени х амплитуд составл ющих сраба- тьшают экстрематоры 23 и 24 и на выходе логического элемента И 22 по вл етс - сигнал, фиксирующий фокусировПри изменении фокусировки луча в сто- 25 ку электронного луча. При этом фокуобразовани канала со стационарным испарением металла.

В этом случае одновременно с изменением фокусировки электронного луча с вьгходов амплитудных детекторов 12 и 13 на входы блока 14 преобразовани сигналов, в данном случае -: на входы экстрематоров 23 и 24 (фиг. 5), подаютс сигналы, пропорциональные амплитудам составл ющих с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц. При максимальных значени х амплитуд составл ющих сраба- тьшают экстрематоры 23 и 24 и на выходе логического элемента И 22 по вл етс - сигнал, фиксирующий фокусиров

30

рону уменьшени его диаметра на изделии сначала по вл етс сигнал на выходе амплитудного детектора 12, что приводит к срабатыванию нуль- компаратора 20. При этом сигнал на выходе логического элемента И 22 отсутствует . Дальнейшее изменение фокусировки луча в сторону уменьшени его диаметра на изделии приводит к по влению сигнала на выходе амплитуд- 5 ного детектора 13., Наличие этого сигнала, пропорционального амплитуде составл ющей вторичного тока с частотой в диапазоне 2,5-25,0 кГц, и сигнала, пропорционального амплитуде составл ющей с частотой 200-800 Гц, характеризует режим сварки с образованием канала при взрывном испарении металла. Поэтому дл реализации режима сварки с обра.зованием канала при стационарном испарении металла при по влении на выходе амплитудного детектора 13 сигнала нуль-компаратора 21 формирует сигнал на втором входе логического элемента И 22, Это приводит к по влению сигнала на выходе логического элемента И 22, переключению триггера 15 и прекращению поступлени на вход счетчика 17 имсировка луча обеспечивает максимальную удельную мощность луча в зоне взаимодействи с металлом, соответствующую режиму образовани канала с взрывным испарением металла.

Возможность осуществлени фокусировки электронного луча по значению удельной мощности, соответств .унмдему характерным режимам проплавленк металла: без образовани канала с поверхностным расплавлением, с образованием канала при стационарноь5 испарении металла, с образованием канала при взрывном испарении металла, 40 обусловлена следующим.

Составл юща вторичного тока с частотой в диапазоне 200-800 Гц св зана с периодическим перемещением области соударени электронного лу-

45 ча с металлом по передней стенке канала проплавлени , а составл клца с частотой в диапазоне 2,5-25,0 кГц вл етс следствием взрывного характера процесса испарени металла в. области воздействи электронного луча . Зависимости амплитуд колебаний обеих составл ющих от удельной мощности электронного имеют экстремальный характер, пр1этем максимумы

50

пульсов от генератора 16. Счетчик 1755 обеих кривых соответствуют максималь- фиксирует цифровой код, соответству- ной удельной мощности электронного ющий данной фокусировке луча. При луча в зоне его взаимодействи с ме- этом фокусировка обеспечивает удель- таллом. Есл-и рассмотреть указанные ную мощность, соответствующую режиму зависимости на возрастающем участке

0

5

сировка луча обеспечивает максимальную удельную мощность луча в зоне взаимодействи с металлом, соответствующую режиму образовани канала с взрывным испарением металла.

Возможность осуществлени фокусировки электронного луча по значению удельной мощности, соответств .унмдему характерным режимам проплавленк металла: без образовани канала с поверхностным расплавлением, с образованием канала при стационарноь5 испарении металла, с образованием канала при взрывном испарении металла, 0 обусловлена следующим.

5 ча с металлом по передней стенке канала проплавлени , а составл клца с частотой в диапазоне 2,5-25,0 кГц вл етс следствием взрывного характера процесса испарени металла в. области воздействи электронного луча . Зависимости амплитуд колебаний обеих составл ющих от удельной мощности электронного имеют экстремальный характер, пр1этем максимумы

0

1 кривых, т.Go В области от расфокусированного луча до значени острой фокусировки, то нулевые значени амплитуд обоих составл ющих свидетельствуют об отсутствии процессов периодического перемещени области соударени луча с металлом и взрывного испарени металла. При этом имеет место режим поверхностного расплавлени металла, Если амплитуд составл ющей,с частотой в диапазоне 200-800 Гц отл1-гчна от нул , а туда составл ющей с частотой в диапазоне 2,5-2550 кГц,равна нулю, то 1.1мевт место образование канала с пе «риодическим перемещением области соударени электронного луча с металл по поверхности передней стенки канала . Взрывное испарение металла отсу ствуето При этом взаимодействие элеронного луча с металлом протекает в режиме образовани канала Нри стационарном испарении металла. Отличи от нул амплитуд обеих составл ющих св1адетельствует о проплавлении метала с образованием канала при взрывн испарении металла (кинжальное про плавление металла), В этом случае целесообразна оптимизаци режима по максимуму удельной мощности электроного луча в зоне вз&имодействи его с металлом, что соответствует максимальным значени м амплитуд обеих составл ющих и максимальному отношени глубины сварного шва к его щирине. Таким образом5 значени амплитуд обеих составл юиц4х вторичного тока, которьй может регистрироватьс как в цепи коллектора, так и в цепи сва риваемого издапи , позвол ют контролировать все характерные режимы про плавлени при электронно-лучевой сварке и в соответствии с этим осуществл ть фокусировку электронного луча.

Пример, Производили проходы электронным лучом по образцам из стали марки 12Х18П10Т на установке ЭЛУ-4 с эне1|гетическ1-ш комплексом У--250А, Режимы сварки: ускор ющее напр жение 28 кВ, ток луча 180 мА, скорость сварки 5 мм/с, ток фокусиг ровки 60-84 мА. В процессе совершени проходов с помощью активных полосовых фгатьтров с полосами пропус

кани 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц вы- дел ли две составл ющие тока в цепи свариваемого изДел1-ш и измер ли их

Q 5 0 5 0 0

5

8

параметры. Сваренные образцы разрезали и по макрошлифам измер ли глубину и ширину швов.

Значени частоты, амплитуды обеих составл ющих и коэффициентов формы шва (отношени глубины шва к его ширине) приведены в таблице.

Было установлено, что при нулевых значени х a mлитyд обеих составл ющих имеет место режим сварки с поверхностным расплавлением. При нулевом значении амплитуды составл ющей с частотой в диапазоне 2,5- 25,0 кГц „и отличном от ул значении амплитуды составл ющей с частотой в диапазоне 200-800 Гц наблюдаетс режим образовани канала при стационарном испарении металла, а при максимальных значени х амплитуд обеих составл ющих имеет место образование канала при взрывном испарении металла. Указанные режимы про- плавлени металла определ лись по величине коэффициента формы шва и его геометрии в целом.

Обработка параметров одновременно двух составл юшкх вторичного тока с непересекающимис частотными спектрами дает возможность контрол режимов взаимодействи электронного луча с металлом во всем диапазоне удельных мощностей, используемых при электро1 но-лучевой сварке и установке фокусировзсн электронного луча на начальном участке каждого диапазона характерных режимов проплавлени металла . ,

Способ электронно-лучевой сварки и устройство дл его осуществлени позвол т повысить точность фокусировки электронного луча по значению удельной мощности, соответствующему всем характерным режимам проплавле- 1ш металла при электронно-лучевой сварке.

о

У л

изобретени

Форм

Claims

1. Способ электронно-лучевой сварки с контролем удельной мощности электронного луча в зоне взаимоДей- ствй с мет.аллом, при котором по величине удельной мощности осуществл ют фокусировку электронного луча, отличающийс тем, что, с целью повьщ ени точности фокусировки луча по значению удельной мощности , фокусировку электронного луча

устанавливают по сигналу, получаемому в результате вьщелени и обработки одновременно нескольких переменных составл юищх тока с непересекающимис частотными спектрами,

2.Способ по п. Is отличающийс тем, что вьщел ют две составл ющие вторичного тока с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц.

3.Способ по п. 1, отличающийс тем, что вьщел ют две составл ющие тока в цепи свариваемого издели с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц.

4.Способ по пп. 1-3, о т л и- чающийс тем, что, с целью повышени точности фокусировки при сварке в режиме поверхностного расплавлени металла, фокусировку электронного луча фиксируют при нулевых значени х амплитуд составл ющих тока с частотами 200-800 Гц и 2,5- 25,0 кГц.

5.Способ по пп. 1-3, о т л и- чающийс тем, что, с целью повьшени точности фокусировки при сварке в режиме образовани канала со стационарным испарением металла, фокусировку электронного луча фиксируют при нулевом значении амплитуды составл ющей вторичного тока с частотой в диапазоне 2,5-25,0 кГц и отличном от нул значении амплитуды составл ющей тока с частотой в диапазоне 200-800 Гц на возрастающем участке зависимости амплитуды составл ющей тока с частотой в диапазоне 200-800 Гц от тока фокусирующей линзы .

6.Способ по пп., о т л и ч а- ю щ и и с тем, что, с целью повышени точности фокусировки при сварке в режиме образовани канала с взрьшным испарением металла, фокусировку электронного луча фиксируют при максимальных значени х амплитуд составл ющих тока с частотами в диапазонах 200-800 Гц и 2,5-25,0 кГц.

7.Устройство дл злектронно-луг- чевой сварки, содержащее электронную пушку с фокусирующей линзой, коллек0

5

0

5

0

5

0

5

0

тор электронов, резисторы нагрузки с последовательно подключенными к ним источниками , переключатель, соединенньш с резисторами нагрузки, фильтр и ам1гпитудньй детектор, о т- личаю1деес тем, что оно снабжено вторым фкльтрок. вторь 4 амплитудным детектором, блоком преобразовани сигналов, триггером и последовательно соединеншз1ми генератором ит шульсов с ключом управлени , счетчиком импульсов и аналого-цифро- вьм преобразователем, вькод которого через усилитель тока подключен к -фокусирующей линзе электронной пушки, причем входы обоих фильтров соединены с перезслючателем, выходы фильтров подключены к входам амплитудных детекторов , выходы последних соединены с входами блока преобразовани сигналов, а выход блока преобразовани сигналов соединен с входом триг , гера, выход которого подключен к входу ключа управлени генератора импульсов .

8.Устройство по п. 7, отличающеес тем, что блок преобразовани сигналов выполнен в виде нуль-компаратора, вход которого подключен к выходу первого амппитудного детектора, а выхсц к входу триггера .

9.Устройство ПС п 7, о т л и- чающеес тем, что блок преобразовани сигналов содержит два нуль-компаратора, подключенные входами к выходам амплитудных детекторов , и логический элемент И, входы которого соединены с выходами нуль- компараторов, а выход логического элемента И подключен к входу триггера .

10.Устройство по п. 7. о т л и- чающеес тем, что блок преобразовани сигналов содержит два экстрематора, подключенные входами . к выходам амплитудных детекторов, и логический элемент И, входы которого соединены с выходами экстрематоров, а выход логического элемента И подключены к входу триггера.

5ППб 3 Фиг. 2

Фиг.З

.J

фиг.

Фиг.5