SU1761410A1 - Способ совмещени электронного луча с плоскостью стыка - Google Patents

Abstract

Использование: при однопроходной электронно-лучевой сварке деталей с толщиной свариваемых кромок более 30...40 мм. Сущность изобретени : в процессе совмещени  луча с плоскостью стыка до получени  максимальной величины тока на коллекторе. После этого отклонение луча перемещение пушки прекращают, луч совмещают со стыком за счет наклона пушки или за счет отклонени  луча магнитной системой , а затем указанные операции провод т последовательно до получени  на коллекторе максимальной величины тока. 3 ил.

Description

Предлагаемый способ относитс  к технологии электронно-лучевой сварки и предназначен дл  использовани  при однопроходной электронно-лучевой сварке деталей с толщиной свариваемых кромок более 30...40 мм. Способ решает задачу предотвращени  сварочных дефектов типа несплавлений, образующихс  из-за несовмещени  электронного луча с плоскостью свариваемого стыка по всей толщине свариваемых кромок.

В насто щее врем  наиболее распространены способы совмещени  электронного луча со свариваемым стыком, при которых электронный луч совмещают с линией стыка на поверхности свариваемых кромок.

Наиболее простой способ контрол  совмещени  луча с линией стыка состоит в визуальном наблюдении через иллюминатор сварочной камеры. Дл  этих же целей используют оптические или телевизионные системы наблюдени . Недостатками визуального контрол  совмещени  луча со стыком  вл ютс  следующие: затруднен контроль из-за металлизации парами свариваемых металлов стекол иллюминаторов или оптических систем; отсутствуют приборные средства контрол , то-есть имеетс  субъективность в оценке совмещени : не обеспечиваетс  совмещение луча с плоскостью стыка по всей толщине свариваемых кромок.

Известны способы совмещени  электронного луча с линией стыка на поверхности свариваемого издели , в которых используетс  ток вторичной электронной эмиссии, получающейс  при сканировании острофокусным лучом по поверхности поперек стыка . При пересечении лучом стыка уменьшаетс  ток вторичных электронов. Использование этого  влени  позвол ет с точностью , соизмеримой с размерами диаметра луча и ширины зазора в стыке, совмещать луч со стыком на поверхности

vj О

Ј О

свариваемого издели . Основным недостат- ком.этих способов  вл етс  то, что не обеспечиваетс  совмещение луча с плоскостью по всей толщине свариваемых кромок.

Известен способ управлени  процессом электронно-лучевой сварки изделий больших толщин, предусматривающий совмещение луча с плоскостью стыка по всей толщине издели . Способ управлени  электронно-лучевой сваркой и устройство дл  его осуществлени . Способ заключаетс  в двойном отклонении луча относительно оси пушки на угол, равный углу смещени  корн  шва относительно плоскости стыка в направлении , противоположном смещению корн  шва. Отношение между углом двойного отклонени  и углом отклонени  луча от электронно-оптической оси пушки при входе в изделие поддерживают неизменным и равным отношению рассто ни  между нижним уровнем преломлени  и поверхностью издели  к рассто нию между уровн ми преломлени  отклон ющих систем. Устройство содержит телевизионную систему слежени  за корнем шва, систему слежени  за стыком с лицевой стороны издели , вычислитель угла отклонени  корн  шва, вычислитель угла двойного п реломлени , три сумматора и две разнесенные отклон ющие системы. Однако недостатками этого способа  вл ютс  необходимость размещени  в сварочной пушке второй отклон ющей системы, расположенной на рассто нии от.первой, а также усложнение схемы электропитани  пушки.

Известно предложение использовать проход щий сквозь стык ток дл  совмещени  луча с плоскостью стыка при наличии гарантированного зазора в стыке. Дл  улавливани  проход щих сквозь стык электронов с обратной стороны стыка устанавливают коллектор. Совмещение луча с плоскостью стыка предполагаетс  проводить , как обычно, за счет перемещени  пушки или луча относительно издели  в направлении поперек стыка. За критерий совпадени  электронного луча с плоскостью стыка примен етс  максимальна  величина проход щего сквозь зазор в стыке тока луча. Описанный способ вз т в качестве прототипа .

Однако применение описанного способа , без его усовершенствовани , встречает трудности. В статье показано, что проход щий ток уменьшаетс  при увеличении угла наклона луча относительно плоскости стыка и толщины кромок и при уменьшении зазора . Например, при допустимом зазоре в стыке 0,3 мм и толщине свариваемых кромок 80 мм, если угол наклона превышает

0,002 рад, то луч не проходит сквозь стык. Таким образом, в реальных услови х электронно-лучевой сварки, когда угол наклона луча относительно плоскости стыка может превышать тыс чные доли радиана (дес тые доли градуса), применение выше описанного способа без его усовершенствовани  не представл етс  возможным.

Целью насто щего предполагаемого

изобретени   вл етс  усовершенствование известного способа, позвол ющее повысить качество электронно-лучевой сварки, в частности, предотвратить несплавлени  по

глубине шва за счет повышени  точности совмещени  электронного луча с плоскостью стыка.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в процессе совмещени  луча с плоскостью

стыка осуществл ют периодическое отклонение луча поперек стыка при одновременном перемещении пушки в направлении поперек стыка до получени  максимальной величины тока на коллекторе. После этого

отклонение луча и перемещение пушки прекращают , луч совмещают со стыком за счет наклона пушки или за счет отклонени  луча магнитной системой, а затем указанные операции провод т последовательно до

получени  на коллекторе максимальной величины тока.

На фиг.1 изображено взаимное расположение электронной пушки и свариваемого стыка до совмещени  луча со стыком; на

фиг.2 - положение пушки относительно стыка , соответствующее случаю, когда при периодическом отклонении луча поперек стыка получаетс  максимальна  величина сквозного тока; на фиг.З - взаимное расположение пушки и стыка после совмещени  луча с плоскостью стыка.

Предлагаемый способ обосновываетс  следующим образом. Дл  предотвращени  дефектов сварки типа непроваров требуетс  совместить электронный луч с плоскостью стыка по всей толщине свариваемых кромок. Однако в общем случае электронный луч может не совпадать с плоскостью стыка, а иметь наклон относительно ее. Поскольку на реальных стыках всегда имеютс  сборочные зазоры, предлагаетс  использовать их дл  совмещени  луча с плоскостью стыка по величине тока луча, проход щегс сквозь зазор в стыке. Если же сборка выполнена так, что зазоры отсутствуют, то на свариваемых кромках выполн ют паз шириною 0,3...0,5 мм и длиной З...5мм. При сварке па; попадает в зону шва и перевариваетс  бе; каких-либо дополнительных технологических мер.

Дл  того, чтобы обеспечить совмещение луча с плоскостью стыка, нужно совместить луч с линией стыка на поверхности издели  и обеспечить требуемый угол наклона луча или пушки. Дл  выполнени  этих условий предлагаетс  процедура последовательных приближений, состо ща  из повторени  следующих операций. Периодически отклон ют луч поперек стыка в пределах угла, заведомо большего искомого угла наклона. Перемещают пушку в поперечном направлении. В процессе перемещени  пушка оказываетс  в таком положении , когда периодически отклон емый луч совпадает в некоторые моменты времени с плоскостью стыка и проходит сквозь зазор в стыке. Этому положению пушки соответствует максимум среднего значени  сквозного тока при периодическом отклоне- нии луча. После получени  максимума сквозного тока прекращают периодическое отклонение луча и перемещение пушки. Производ т совмещение луча с линией стыка на поверхности свариваемого издели . Это совмещение производ т за счет наклона пушки или за счет отклонени  луча электромагнитной отклон ющей системой, запитыва  ее посто нным током. После этого повтор ют описанные операции до тех пор, пока максимальную величину сквозного тока при периодическом отклонении луча будут получать без перемещени  пушки. Описанна  процедура последовательных приближений  вл етс  сход щейс . В результате достигаетс  совмещение луча с плоскостью стыка.

Коллектор 1 проход щего тока луча представл ет собой изолированную металлическую пластину. Он расположен перпендикул рно плоскости стыка 2 с обратной стороны стыкового соединени  3. В общем случае электронно-оптическа  ось 4 пушки не совпадает с плоскостью стыка 2, а наклонена к ней под углом ©. Отклон юща  электромагнитна  система 5 и ось поворота 6  вл ютс  принадлежност ми электроннолучевой пушки 7 Показано направление перемещени  8 пушки 7, нужного дл  последующего совмещени  электронного луча, проход щего по электронно-оптической оси 4 пушки, с плоскостью стыка 2. На фиг.2 показано направление поворота 9 пушки 7 вокруг оси поворота 6, который нужно выполнить на угол, чтобы совместить в дальнейшем луч со стыком. Через 2 а обозначена область периодического отклонени  луча в направлении поперек стыка; амплитуду периодического отклонени  а луча выбирают заведомо большей возможного угла

наклона 6 электронно-оптической оси 4 относительно плоскости стыка 2.

Совмещение луча с плоскостью стыка производ т следующим образом. Как показано на фиг.1 электронный луч периодически отклон ют в направлении поперек стыка при помощи электромагнитной отклон ющей системы 5, расположенной в пушке 7. При этом пушку 7 поступательно перемещают в направлении 8 поперек стыка. Пp взаимном расположении пушки и стыка, показанном на фиг.1, электроны луча, распростран  сь пр молинейно, не проход т сквозь зазор в стыке к коллектору 1, а оседают на кромках стыкового соединени  3. Соответственно, сквозной ток в цепи коллектора равен нулю.

Пушка с периодически отклон ющимс  лучом, перемеща сь, переходит в положение , показанное на фиг.2. В этом положении пушки имеютс  такие моменты времени, когда луч, периодически отклон  сь, проходит сквозь стык к коллектору 1. В эти моменты времени текущее значение угла

отклонени  равно углу наклона пушки в относительно плоскости стыка 2. При этом среднее значение сквозного тока в цепи коллектора достигает максимальной величины .

После получени  максимальной величины сквозного тока прекращают перемещение пушки и периодическое отклонение луча. Далее производ т совмещение луча с линией стыка на поверхности свариваемых

кромок. Это совмещение производ т или за счет поворота пушки вокруг оси поворота 6 или за счет отклонени  луча электромагнитной отклон ющей системой 5, запитыва  ее посто нным током.

Таким образом, в данной операции производ т совмещение луча с линией стыка на поверхности, а в предыдущей операции - устанавливают угол наклона. Последовательное повторение этих операций  вл етс 

сход щимс  процессом. Описанные операции повтор ют до тех пор, пока максимальную величину сквозного тока при периодическом отклонении луча будут получать без перемещени  пушки. В результате

получают совмещение луча с плоскостью стыка по всей толщине свариваемых кромок , как это показано на фиг.З.

Экспериментальна  проверка предлагаемого способа проводилась с использованием электронно-лучевой сварочной установки У570 и энергоблока ЭЛА60/60. Образцы из среднелегированной стали 12Х2НЗМД толщиной 40, 60 и 80 мм собирались с локальным зазором шириной 0,3 мм.

Совмещение луча с линией стыка на поверхности осуществл лось по вторично-электронной эмиссии от поверхности образца, облучаемой сканирующим остросфокусированным электронным лучом;использовалс  прибор Прицел. При периодическом отклонении луча поперек стыка также исполь- зовалс  прибор Прицел ; частота отклонени  50 Гц. Свариваемые образцы устанавливали с вертикальным расположе- нием стыка. Поступательное поперечное (относительно стыка) перемещение и поворот пушки осуществл лись в горизонтальной плоскости. Плоскость фокусировки луча соответствовала середине толщины свари- ваемого стыка. Операции совмещени  луча с плоскостью стыка выполн лись в последовательности , описанной выше на токе луча 3 мА Сквозной ток в цепи коллектора регистрировалс  микроамперметром магнито- электрической системы со шкалой 0...100 мкА. Установлено, что при наибольшей толщине свариваемого металла 80 мм дл  реализации предлагаемого способа достаточно наличи  локального зазора 0,3 мм. Прооведенные сварки стыков, разрушающие и неразрушающие методы контрол  швов подтвердили отсутствие дефектов; обеспечиваетс  полное совмещение шва с плоскостью стыка,

Использование предлагаемого способа электронно-лучевой сварки обеспечивает следующие преимущества:

предотвращаетс  образование в сварном шве дефектов типа несплавлений;

упрощаетс  выполнение совмещени  луча с плоскостью стыка;

имеетс  возможность проводить приборный контроль точности совмещени  луча с плоскостью стыка, что значительно повышает эффективность процесса электроннолучевой сварки.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ совмещени  электронного луча с плс костью стыка, при котором в стыке выполн ют участок с зазором на всю толщину деталей, с обратной стороны стыка размещают коллектор электронов, электронный луч отклон ют в плоскости, перпендикул рной стыку, ось электронной пушки перемещают в направлении поперек стыка, а за критерий совмещени  луча с плоскостью стыка принимают величину тока на коллекторе, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности совмещени  луча с плоскостью стыка, предварительно устанавливают ось пушки под углом к поверхности деталей, осуществл ют периодическое отклонение луча поперек стыка при одновременном перемещении пушки в направлении поперек стыка до получени  максимальной величины гэка на коллекторе, после чего отклонение луча и перемещение пушки прекращают, луч совмещают со стыком , а затем указанные операции провод т последовательно до получени  на коллекторе максимальной величины тока только при отклонении луча.

   Фиг1

   Фиг 2.