SU1496960A1 - Способ визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварочному производству и может быть использовано дл  электронно-лучевой сварки изделий с визуализацией процесса формировани  сварного шва. Цель изобретени  - повышение коэффициента использовани  технологической мощности электронного пучка сварочного аппарата в процессе сварки и повышение качества сварных соединений. Процесс формировани  сварного шва периодически прерывают на врем  зондировани , в течение которого электронному лучу сообщают мощность зондировани  и разворачивают его в растр на рабочем участке стыка свариваемых деталей. Формируемый при этом вторично-эмиссионный сигнал построчно записывают в пам ть и запоминают на врем  технологического интервала сварки, в течение которого записанное изображение рабочего стыка свариваемых деталей считывают и отображают на экране растрового телевизионного индикатора. Устройство, реализующее способ визуализации стыка и шва, содержит электронно-лучевую пушку, фокусирующую систему, отклон ющую систему, коллектор вторичных электронов. Устройство управлени  содержит блок модул ции тока луча, блок фокусирировки, блок развертки, усилитель вторично-эмиссионного сигнала, блок формировани  адресов элементов пам ти, блок пам ти, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, растровый телевизионный индикатор. Такое техническое решение обеспечивает контроль формируемого соединени  и стыка в процессе сварки путем синхронного считывани  изображени , записываемого в пам ть при зондировании издели . 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  визуализации стьпса и процесса формировани  шва при сварке электронным пучком .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварных соединений и повьш1ение коэффициента использовани  технологической мощности электронного пучка.

31А9

На фиг. 1 представлена траектори  растрового зондировани  рабочего участка стыка свариваемых деталей; на фиг. 2 - кадрова  развертка зон- дирующего электронного луча; на фиг. 3 - строчна  развертка; на фиг. А - структзфна  схема устройства дл  визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком; на фиг. 5 - структурна  схема блока фор мировани  временных интервалов.

Способ визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком основан на периодическом прерывании про- цесса формировани  сварного шва на врем  зондировани  стыка свариваемых деталей и осуществл етс  следующим образом.

С помощью известных методов и

устройств наведени  оптическую ось электронно-лучевой пушки совмещают со стыком свариваемых деталей в заданной точке (точка а на фиг. 1). Сварочный аппарат перевод т в режим зондировани . При этом электронному лучу сообщают мощность зондировани  и разворачивают его в растр на рабочем участке стыка свариваемых деталей . Под действием электронного луча с зондируемой поверхности свариваемых деталей возникает поток вторичных электронов, которьй улавли- ванп- коллектором вторичных электронов и формируют вторично-эмиссионный информационный сигнал. При пересечении сварного шва и стыка свариваемых деталей зондирующим электронным лучом во вторично-эмиссионном сигнале формирзгютс  импульсы отметки. Вторично-эмиссионный сигнал усиливают и построчно записьшают в блоке электронной пам ти, т.е. за врем  зондировани  в блоке пам ти записывают изображение зовдируемого участка стыка свариваемых деталей. Записанное изображение запоминают на врем  технологического интервала сварки, в течение которого записанную информацию считьшают с параметрами развертки растрового электрон- кого индикатора. Считанный сигнал подают на вход растрового телевизионного индикатора, на экране которог формируетс  изображение рабочего участка стыка свариваемых деталей.

После окончани  зондировани  стыка свариваемых деталей электронный луч возвращают в точку а линии стыка

.

5

0

5 0 Q

5

5

и сообщают ему технологическую мощность . Ориентиру сь по изображению на экране телевизионного индикатбра, перемещают тележку с закрепленными на ней детал ми таким образом, чтобы электронный луч в технологическом режиме сварки прошел вдоль линии стыка свариваемых деталей. В течение технологического интервала сварки, длительность которого составл ет 0,3-1 с (устанавливаетс  в зависимости от скорости формировани  сварного шва и обеспечивает хорошие услови  дл  наблюдени  и управлени  процессом сварки), на экране телевизионного индикатора вопроизводитс  изображение участка стыка, записанное в блоке пам ти.

Через заданный интервал времени (0,3-1 с) сварочный аппарат автоматически перевод т из технологического режима сварки в режим зондировани  следующего участка стыка свариваемых деталей, причем центр растра зондировани  совпадает с положением оптической оси электронно-лучевой пушки в момент окончани  предшествующего технологического интервала сварки. Длительность зондировани  рабочего участка стыка свариваемых деталей составл ет 4-5 мс (определена экспериментально и соответствует максимально допустимому времени пре- рьшани  процесса формировани  сварного шва без ухудшени  его качества ) . При этом в устройстве пам ти записывают изображение нового участка стыка свариваемых деталей.

Таким образом, процесс формировани  сварного шва отображаетс  на экране телевизионного иццикатора в виде непрерывной последовательности изображений перекрьшающихс  участков стыка свариваемых деталей, зондируемых электронным лучом. Центр изображени  зондируемых участков стыка деталей совпадает с положением оптической оси электронно-лучевой пушки во врем  зондировани , относительно которого оператор наблюдает положение сварного шва и стыка свариваемых деталей. Частоту зондировани  стыка свариваемых деталей (1- 3 Гц) устанавливают в соответствии q заданной скоростью формировани  сварнрго шва.

С целью сокращени  времени прерывани  процесса формировани  сварного

шва при сохранении числа строк растр зондировани  используют пр мой и обратный ход высокочастотной треугольной развертки зондирующего электронного луча дл  записи в устройстве пам ти изображени  зондируемого участка стыка свариваемых деталей. Это позвол ет в 1,5-2 раза сократить врем  зондировани  по сравнению с пилообразной разверткой, которую обычно используют при сканировании поверхности свариваемых деталей электронны лучом. При считывании записанной информации производ т преобразование высокочастотной треугольной развертки в телевизионную развертку растрового индикатора.

Заваренный участок стыка .сканируют дл  того, чтобы получить полное изображение з астка поверхности свариваемых деталей в области оптической оси злектронно-лз 1евой пушки. Формируемое на экране телевизионного индикатора изображение позвол ет оператору не только управл ть положением оптической оси пушки относительно стыка деталей, но и управл ть параметрами сварочного аппарата (фокусировка , технологическа  развертка , рассто ние от пушки до свариваемого иадели  и др.), вли ющими на качество сварного шва, т.е. отображение на экране телевизионного индикатора заваренного шва позвол ет оператору контролировать качество сварки и управл ть параметрами сварочного аппарата.

Скорость перемещени  свариваемых деталей по сравнению со скоростью зондировани  очень мала. Поэтому за врем  зондировани , которое составл ет 5 мс, свариваемое изделие не успевает существенно переместитьс  и электронный луч после окончани  зондировани  поверхности свариваемых деталей возвращаетс  практически в ту же точку, из которой вьшел. Так например, при скорости сварки 120 м/ч за врем  зондировани  5 м/с свариваемые детали перемещаютс  на 0,15 мм. Если учесть, что размеры ванны расплавленного металла в зависимости от мощности электронного пучка составл ют (10-20) х (20-30) мм то. смещением свариваемых деталей за врем  зондировани  можно пренебречь и считать, что после окончани  зондировани  электронный луч возвраща0

5

0

5

етс  в ту же точку стыка, из которой начато сканирование.,i

Устройство дл  визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком (фиг. 4) содержит вакуумную камеру 1, в которой установлены электронно-лучева  пушка 2, фокусирующа  система 3, отклон юща  система 4, коллектор 5 вторичных электронов и свариваемые детали 6 на подвижной тележке, а также блок 7 модул ции тока луча, блок 8 фокусировки, блок 9 развертки, видеоусилитель 10 вторично-эмиссионного сигнала, блок 11 формировани  временных интервалов, блок 12 формировани  адресов элементов пам ти, блок 13 пам ти, аналого- цифровой преобразователь 14, цифро- . аналоговый преобразователь 15, растровый телевизионный индикатор 16.

Управл ющий вход электронно-лучевой пушки 2 соединен с выходом блока 7 модул ции тока луча, вход фоку- сируклцей системы 3 соединен с выходом блока 8 фокусировки, вход отклон ющий системы 4 соединен с выходом, блока 9 развертки, выход коллектора 5 вторичных электронов подключен к первому входу усилител  10 вторично- эмиссионного сигнала, с первого по п тый выходы блока 11 формировани  временных интервалов соединены соответственно с входами блока 7 модул ции тока луча, блока 8 фокусировки, блока 9 развертки, вторым входом усилител  10 вторично-эмиссионного сигнала и первым входом растрового телевизионного индикатора 16, первый и второй входы аналого-цифрового преобразовател  14 подключены соответственно к выходу усилител  10 вторично-эмиссионного сигнала и шестому выходу блока 11 формировани  временных интервалов, первый, второй и третий входы блока 13 пам ти подключены соответственно к выходу аналого-цифрового преобразовател  14, выходу блока 12 формировани  адресов элементов пам ти и седьмому выходу блока 11 формировани  временных интервалов, с первого по четвертый входы блока 12 формировани  адресов элементов пам ти подключены соответственно к третьему, четвертому, п тому и восьмому выходам блока 11 формировани  временных интервалов, вход и выход цифроаналогового преобразовател  15 соединены соответст0

5

0

0

5

7149

венно с выходом блока 13 пам ти и вторым входом растрового телевизионного индикатора 16.

Блок 11 формировани  временных интервалов (фиг. 5) включает в себ  задающий генератор Т7, формирователь 18 сигналов синхронизации индикатора 16, формирователь 19 сигнала синхронизации блока 9 развертки, форми- рователь 20 управл ющих сигналов и форг рователь 21 тактовых импульсов. Задающий генератор 17 работает с прив зкой к питающей сети и вырабатьгоает опорный сигнал частотой 10 мГц (ча- стота обусловлена скоростью записи изображени  участка стыка свариваемых деталей в электронную пам ть и форматом изображени ), который поступает на входы формирователей 18, 19 и 21. Работа формировател  20 управл ющих сигналов синхронизируетс  кадровыми синхроимпульсами, поступающими с второго выхода формировател  18 сигналов синхронизации ин- дикатора. С первого выхода формировател  20 управл ющих сигналов импульс запуска развертки электронного луча в режиме зондировани  поступает на вход формировател  19, который вьфабатывает сигнал синхронизации блока 9 развертки. С второго выхода формировател  19 импульс, соответ- ств-ующий моменту окончани  развертки зондирующего электронного луча, поступает на второй вход формировател  20, который вырабатывает сигнал управлени  дл  блока 7 модул ции тока луча, блока 8 фокусировки и

видеоусилител  10. Кроме того, сиг

нал с одного из выходов формировател  20 управл ет работой формировател  21, вырабатывающего в соответствии с опорной частотой тактовые импульсы f-гакт формировател  12 адресов элементов пам ти, импульсы записи f,an дл  блока 13 пам ти и импульсы квантовани  fa дл  аналого-цифрового преобразовател  14. Бло 12 формировани  адресов элементов пам ти реализуетс  на цифровых ий- тегральньк счетчиках типа К531ИЕ17.

Устройство дл  визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком работает с периодическим прерьшанием процесса формировани  сварного шва на врем  растрового зондировани  рабочего участка стыка свариваемых деталей.

0 5 О

5

0

5

0

5

8

Алгоритм работы устройства задает блок 11 формировани  временньп интервалов . Перед сваркой электронно- лучеву1р пушку 2 устанавливают над стыком свариваемых деталей 6. По команде Наведение блок 11 формировани  временных интервалов формирует сигналы управлени , которые поступают на входы блока 7 модул ции тока луча, блока 8 фокусировки, блока 9 развертки, видеоусилител  10, а также импульсные сигналы тактовой частоты f то . , записи дискретизации fg, которые поступают соответственно на входы блока 12 формировани  адресов элементов пам ти, блока 13 пам ти, аналого-цифрового преобразовател  14. При этом блок 7 модул ции тока луча устанавливает мощность электронного луча электронно-лучевой пушки 2 соответствующей режиму зондировани  (50-100 Вт). Блок

8фокусировки устанавливает в катушках электромагнитной фокусирующей системы 3 ток, который обеспечивает фокусировку электронного луча на поверхности свариваемых деталей. Блок

9развертки формирует в катушках отклон ющей системы L 4 токи кадровой

и строчной развертки электронного луча (фиг. 2 и 3). Видеоусилитель 10 подключаетс  к коллектору 5 вторичных электронов, а блок 13 пам ти переводитс  в режим записи.

Под действием зондирукмцего электронного луча с поверхности деталей 6 образуетс  поток вторичных электронов , который улавливаетс  коллектором 5, С коллектора 5 через видеоусилитель 10 вторично-эмиссионный информационный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразовател  14, который в соответствии с частотой дискретизации fa (10 мГц) квантует его по уровню и переводит в цифровой код. Блок 12 формировани  адресов элементов пам ти синхронизируетс  в режиме зондировани  синхросигналом блока развертки зонди- рукнцего электронного луча и в соответствии с тактовой частотой f-rokT котора  в данном режиме равна частоте дискретизации вторично-эмиссионного сигнала fn, вьфабатьшает коды адресов элементов пам ти. С выходов аналого-цифрового преобразовател  14 и блока 12 формировани  адресов элементов пам ти коды уровн  вторичноэмиссионного сигнала и адресов эле- ментов пам ти, соответствуннцие текущей выборке, устанавливаютс  на информационном и адресном входах блока с 13 пам ти. Запись значени  текущей выборки вторично-эмиссионного сигнала в соответствующую  чейку блока 13 пам ти осуществл етс  с приходом импульса записи на управл ющий вход JQ блока 13 пам ти. Частота импульсов записи fjoin равна частоте дискретизации fa . Однако по фазе импульсы записи несколько задержаны (на 30- 40 мс) по отношению к импульсам дис- 15 кретизации fg и тактовым импульсам такт о необходимо дл  того, чтобы в момент записи на информационном и адресном входах блока 1S пам ти установились потенциалы со ответст- 20 вукщих кодов.

Таким образом, за один кадр зондировани  учгстка поверхности свариваемых деталей электронным лучом вто- 25 рично-эмиссионный информахщонный сигнал в цифровом виде построчно записываетс  в блоке 13 пам ти.

После окончани  записи блок 13 пам ти автоматически переводитс 30

в режим считывани . Считывание записанной информации осуществл етс  в соответствии с параметрами, развертки растрового телевизионного индикатора 16. При этом блок 12 формировани  адресов элементов пам ти синхронизируетс  синхросигналом телевизионного индикатора 16. Так как скорость записи вторично-эмиссионного сигнала выше примерно 2 раза сксфости считьшани , то тактова  частота f такт, сч соответствии с которой информаци  построчно выводитс  из блока 13 пам ти, в 2 раза ниже тактовой частоты f-rawT д режиме записи. С выхода блока 13 пам ти записанна  информаци  через ци- фроаналоговый преобразоматель 15 поступает на вход растрового телевизионного индикатора 16, на экране которого формируетс  изображение зон дируемого участка поверхности свариваемых деталей, причем центр изображени  соответствует положению оптической оси электронно-лучевой пушки 2. Информаци , записанна  в блоке 13 и отображаема  на экране телевизионного индикатора 16, периодически обновл етс  с частотой

35

50

55

с JQ 15 20

25 30

Q д

35

50

55

зондировани  свариваемых деталей (1-3 Гц).

Ориентиру сь по изображению на экране телевизионного индикатора, оператор перемещает тележку с закрепленными на ней свариваемыми детал ми таким образом, чтобы оптическа  ось электронно-лучевой пушки 2 совпадала с заданной точкой стыка свариваемых деталей.

После вывода электронно-лучевой пушки 2 в заданную точку стыка свариваемых деталей 6 по команде Сварка блок 11 формировани  временных интервалов вырабатывает сигналы управлени , которые перевод т сварочный аппарат в режим сварки. В этом режиме технологические интервалы формировани  сварного шва чередуютс  с интервалами зондировани  стыка свариваемых деталей. Частоту зондировани  стыка свариваемых деталей при сварке (1-3 Гц) устанавливают в зависимости от скорости формировани  сварного шва. Длительность интервала зондировани  4-5 мс.

При технологическом интервале формировани  сварного шва блок 7 модул ции тока луча устанавливает технологическую мощность электронного луча (60 кВт), блок 8 фокусирует электронный луч в соответствии с технологическим режимом сварки., блок 9 в автономном режиме формирует технологическую развертку дл  зшравле- ни  электронным лучом в процессе сварки, а видеоусилитель 10 отключаетс  от коллектора 5 вторичных электронов . Блок 11 формировани  временных интервалов вьрабатывает тактовую частоту, в соответствии с которой информаци , записанна  в блоке 13 пам ти, выводитс .через цифроана- логовый преобразователь 15 на вход растрового телевизионного индикатора 16. На экране индикатора 16 в течение технологического интервала формировани  сварного шва воспроизводитс  изображение рабочего участка стыка свариваемых деталей. Ориентиру сь по изображению рабочего участка стыка свариваемых деталей, оператор управл ет перемещением тележки с закрепленными на ней детал ми издели  6 таким образом, чтобы оптическа  ось электронно-лучевой пушки 2 прошла вдоль линии стыка свариваемых деталей.

Формирование сварного шва периодически с частотой 1-3 Гц прерьшает- с  на врем  зондировани , в течение которого в блок 13 пам ти записьшает с  изображение нового участка стыка свариваемых деталей. Алгоритм работы устройства при зондировании соответствует ранее описанному.

Таким образом, процесс формировани  сварного шва оператор наблкщает на экране растрового телевизионного индикатора 16 в виде последовательности перемещающихс  вдоль стыка перекрывающихс  участков поверхности свариваемых Деталей. Ориентиру сь, по изображению, оператор управл ет процессом формировани  сварного шва. Предлагаемый способ визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком и устройство дл  его реализации позвол ют уменьшить потери технологической « щности сварочного аппарата и повысить качество формировани  сварных швов. :В способе-прототипе и устройстве дл  его реализации используетс  высока  частота зондировани  (50 Гц), необходима  дл  Получени  качественного изображени  на экране.растрового телевизионного индикатора. За счет этого тер етс  примерно 1/3 технологической мощност сварочного аппарата. Использование запоминани  рабочего участка стыка свариваемых деталей с аналого-цифровым и цифроаналоговым преобразование информации позвол ет значительно (в 50-100 раз) снизить частоту зондировани  при сохранении качества изображени  на экране растрового тепеви- зионного индикатора. Частоту зонди- ровани  вьЛирают в зaвиcимoctи от скорости формировани  сварного шва. При этом потери технологической мощности сварочного аппарата за счет прерывани  процесса ф(фмировани  сварного шва на врем  зондировани  составл ют 1-2%. Это обеспечивает более высокое качество сварных соединений и позвол ет осуществл ть сварку металлов с высоким коэффициентом теплопроводности.

Claims (3)

1. Способ визуализации стыка и шва; при сварке электронным пучком, заклю ; чаюпщйс  в том, что процесс формировани  сварного шва периодически пре0

5

0

5

0

5

0

5

0

рьшают на врем  зондировани , в течение которого электронному лучу сообщают мощность зондировани , построчно разворачивают его в растр на рабочем участке стыка свариваемых деталей, формируют вторично-эмиссион- ньй информационный сигнал с зондируемой поверхности сварных деталей, с помощью вторично-эмиссионного сигнала формируют на экране растрового телевизионного индикатора изображение рабочего участка свариваемых деталей, после окончани  кадра зондировани  возобновл ют технологический режим формировани  сварного шва, при этом сообщают электронному лучу технологическую мощность и, ориентиру сь по изображению на экране телевизионного индикатора, провод т его вдоль стыка свариваемых деталей, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  качества сварных соединений и повьш1ени  коэффициента использовани  технологической мощности электронного пучка, снижают частоту зондировани  стыка сварива- . емых деталей, вторично-эмиссионный информационный сигнал при каждом кадре зондировани  стыка свариваемых деталей записьтают в электронную пам ть и запоминают На врем  технологического интервала, в течение которого запиранную информацию построчно считывают и воспроизвод т на экране растрового телевизионного индикатора .

2.Способ по п. 1, отличающийс  тем, что сокращают врем  зондировани  стыка свариваемьсс деталей, при записи вторично-эмис- сионнного информационного сигнала используют пр мой и обратный ход высокочастотной треугольной развертки зондирующего электронного луча,

а при считывании записанной информации используют преобразование развертки зондирукнцего электронного луча в телевизионную развертку растрового индикатора.

3.Устройство дл  визуализации стыка и шва при сварке электронным пучком, содержащее вакуумную камеру, в которой установлень электроннолучева  пушка, фокусирующа  система, отклон юща  система, коллектор вторичных электронов и свариваемое изделие на подвижной тележке, блок модул ции тока луча, блок разверток, бло фокусировки, видеоусилитель, формирователь йременных интервалов, растровый телевизионный индикатор, приче управл ющий вход электронно-лучевой пушки соединен с выходом блока модул ции тока луча, вход фокусирующей системы подключен к выходу блока фокусировки , вход отклон ющей системы соединен с выходом блока разверток, выход коллектора вторичных электронов подключен; к первому входу видеоусилител , первый, второй, третий, четвертый и п тый выходы блока фор- мировани  временных интервалов соединены соответственно с входами блока модул ции тока луча, блока фокусировки , блока развертки, вторым входом видеоусилител  -и первым входом растрового телевизионного индикатора , отличающеес  тем, что оно снабжено аналого-цифровым преобразователем, блоком пам ти, блоком формировани  адресов элементов пам ти и цифроаналоговым преобразователем , причем первый и второй входы аналого-цифрового преобразовател  подключены соответственно к выходу видеоусилител  и шестому выходу блока формировани  временных интервалов первый, второй и третий входы блока пам ти подключены соответственно к выходу аналого-цифрового преобразовател , выходу блока формировани  адресов элементов пам ти и седьмому выходу блока формировани  временных интервалов , с первого по четвертый входы блока формировани  адресов элементов пам ти подключены соответственно к третьему, четвертому, п тому и восьмому выходам блока формировани  временных интервалов, вход и выход цифроаналогового преобразовател  соединены соответственно с выходом блока пам ти и вторым входом

растрового телевизионного индикатора.

l u,s.1

Фи..2

Фиг.