Способ электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к системам ведения электронного луча по стыку свариваемых деталей. Цель изобретения - повышение качества сварки за счет повышения точности позиционирования луча. Это достигается тем, что измеряются значения магнитной индукции и ее производной между пушкой и свариваемыми деталями, вычисляют угол между осью пушки и .касательной к траектории пучка электронов в точке падения на свариваемую поверхность, который образуется от влияния магнитного по.пя, и осуществляют поворот луча на этот угол. Устройство вютючает электронно-лучевую установку, датчики магнитной индукции и ее производной, блоки ления угла и рассогласования, запоминающий , управления, сравнения, ключ и суммат1Ор. Изобретение позволяет компенсировать погрешность, обусловленную паразитными магнитными полями, 2 с.и 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л| С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (59 4 В 23 К 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОткРытий

E" ;";;,; .:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I 7

; 1

L (21) 4173504/25-27 (22 ) 04. 01. 87 (4б) 30. 06. 88. Бюл. У 24 (72) В.Д. Лаптенок, В.Я. Браверман, В. Б. Помогалов, С. Г. Баякин, А.Д.Дрянных и А.В.Мурыгин (53) б21.791.72 (088.8) . (Se) Автоматическая сварка, 1982, В 1, с. 33-39.

Патент США Ф 4223200, кл. В 23 К 15/00, опублик. 1980.

Автоматическая сварка, 1972, У 1, с.40-42.

Авторское свидетельство СССР

В 1123183 ° кл. В 23 К 15/00, 1985. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО- EÂÎÀ СВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к сйстемам ведения электронного луча по стыку свариваемых деталей. Цель изобретения — повышение качества сварки за счет повышения точности позиционирования луча. Это достигается тем, что измеряются значения магнитной индукции и ее производной между пушкой и свариваемыми деталями, вычисляют угол между осью пушки и .касательной к траектории пучка электронов в точке падения на свариваемую поверхность, который образуется от влияния магнитного поля, и осуществляют поворот луча на этот угол.

Устройство включает электронно-лучевую установку, датчики магнитной индукции и ее производной, блоки вычисления угла и рассогласования, запоминающий, управления, сравнения, ключ и сумматор. Изобретение позволяет компенсировать погрешность, обусловленную паразитными магнитными полями, 2 с.и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1405977 (Изобретение относится к электрон,но-лучевой сварке, в частности к системам ведения электронного луча по стыку свариваемых деталей.

Цель изобретения — повышение качества сварки за счет повышения точности позиционирования луча.

На фиг. 1 показана схема отклонения пучка электронов под действием магнитного поля; на фиг.2 — функциональная схема устройства.

Электронно-лучевой пушкой 1 (фиг. 1) формируется пучок 2 с начальной скоростью электронов V определяемой ускоряющим напряжением и направленной по оси электронно-лучевой пушки.

В результате взаимодействия электронов пучка с составляющей однородно- . го магнитного поля, перпендикулярной 20 скорости электронов, траектория пучка представляет собой окружность радиуса R с центром в точке 01 (положение I электронно-лучевой пушки).

Наличие кривизны I/Р траектории луча 25 ( приводит на длине L к появлению угла

0 между осью пушки и касательной 3 к траектории пучка электронов в точке

1 падения его на свариваемую поверхность. Если указанная составляющая 3р магнитного поля направлена вдоль стыка 4 свариваемых деталей 5 (перпендикулярно плоскости чертежа), то угол 6 равен углу между плоскостью стыка и названной касательной 3 и 3 при точном позиционировании луча по стыку верхних кромок (положение 1) обуславливает погрешность 0 d. совмещения луча со стыком в корне шва где — толщина свариваемых кро- 4О

9 мок., Погрешность Д приводит к частичному несплавлению h свариваемых плоскостей и отрицательно сказывается на качестве сварного соединения.

По результатам измерения парамет- 45 ров магнитного поля, направленного вдоль стыка свариваемых деталей, вычисляют угол 8 и осуществляют поворот луча до нулевого значения угла

8 (позиция П). Затем производят позиционирование пучка электронов по стыку свариваемых деталей путем плоскопараллельного перемещения луча или свариваемых деталей до совмещения его со стыком (поз.Ш). Точками О,, !

-,55

0 0 отмечены центры окружностеи,. э lil представляющих траектории пучка электронов в соответствующих положениях электронно-лучевой пушки. угол 0 определяется выражением

Z е

8=

m .

B(Z)4Z где е — заряд электрона;

m — масса электрона;

v — скорость электронов в пучке, B(Z) — закон распределения магнитной индукции в пространстве пушка-свариваемые детали;

04Z L

Точки Z = --0 и Z = --L находятся на уровне фокусирующей системы и на поверхности свариваемых деталей соответственно.

Для расчета угла 0 необходимо энать закон распределения индукции

B(Z) определяемый известными математическими методами.

В состав устройства (фиг.2) входят электронно-лучевая установка 6 с приводами 7 и 8 плоскопараллельного и углового перемещения луча соответственно, измеритель 9 магнитных полей с датчиками 10, 11 и измерительнопреобразовательным блоком 12, блоки

13 и 14 вычисления угла и рассогласования соответственно, запоминающий блок 15, блок сравнения 16, ключ 17, сумматор 18, блок 19 введения луча по стыку свариваемых деталей, блок управления 20, Применение двух датчиков, измеряющих индукции магнитного поля в двух точках (Z = 0 и Z = Z ), позволяет определить точное значение угла .при действии однородного и линейного неоднородного магнитных полей.

С целью увеличения точности определения угла 6 в условиях нелинейного распределения В(Z) и ограниченного количества точек измерения измеритель

9 магнитных полей выполнен по схеме измерения индукции и производной от индукции магнитного поля и содержит соответствующие датчики 10 и 11, соединенные с измерительно-преобразовательным блоком 12.

Повышение степени полинома, аппроксимирующего закон распределения

В(Е), приводит к повышению точности определения угла, Изменение названных параметров магнитного поля может производиться феррозондовыми датчиками, включенны3

14059 ми по схеме измерения индукции и схеме градиентометра.

Блоки 13 и 14 вычисления угла и рассогласования, а также запоминающий блок 15, блок сравнения 16, ключ

17, сумматор 18, блок управления 20 реализуются на базе микропроцессорных средств с устройствами ввода-вывода, включающими в себя аналого-циф-1О ровые и цифроаналоговые преобразователи, интерфейс связи и усилители для формирования достаточных по мощности управляющих сигналов.

Моменты соответствующих команд блока управления формируются либо синхроимпульсами программируемых таймеров, входящих в состав микропроцессорных средств, либо сигналами прерывании, поступающими, например, с дат-2О чика перемещений свариваемых деталей, входящих в состав электронно-лучевой установки или с ручных коммутационных элементов, входящих в блок управления. Обычно блоком управления в мик- 25 ропроцессорных средствах является центральный процессор.

Приводы 7 и 8 плоскопараллельного и углового перемещения луча могут быть заменены электронно-магнитной отклоняющей системой, состоящей из двух пар отклоняющих катушек, полюса которых разнесены в направлении оси электронной пушки.

В зависимости от типа блока 19 ведения луча по стыку свариваемых деталей могут быть два варианта, определяющие режимы работы и функционально-элементный состав устройства, включенный в работу.

При использовании следящей систе.мы с периодическим контурным сКанированием устройство работает следующим образом.

В процессе сварки с выходов измерителя магнитного поля 9 на вход блока 13 вычисления угла поступает информация о параметрах составляющей магнитного поля, направленной вдоль стыка свариваемых деталей.

На выходе блока 13 формируется управляющий сигнал, который поступает на привод 8, осуществляющий угловое перемещение луча до нулевого значения угла 8 . .Рассогласование Х (фиг. 1) положений луча и стыка, связанное с угловой коррекцией, компенсируется приводом 7, который управляется в этом режиме блоком 19 ведения луча

77

4 по стыку через сумматор 18. При этом ключ 17 разомкнут и сигнал на выходе сумматора определяется только сигналом средств направления луча по стыКу.

В случае применения блока ведения с предварительной записью программы коррекции положения луча относительно стыка (2) с целью учета изменения распределения u(Z), вызванного различными технологическими условиями режимов записи программы и сварки, одновременно с записью координат положения луча, осуществляемого блоком ведения луча по стыку в автоматическом режиме слежения на малом токе луча, производят запись рассогласований положений луча и стыка, обусловленных угловой коррекцией.

Для расчета названного рассогласования необходимо определить величину d — отклонения пучка электронов от оси пушки на поверхности сварива" емых деталей (фиг.1), а затем, в зависимости от типа средств перемещения луча (приводы 7 и 8), найти рассогласование.

В случае, показанном на фиг. 1, рассогласование определяется соотношением

Х= 2с1

Величина d находится из выражения

Z Z

B(Z) dZdZ

mv

0 о

В блоке 14 осуществляется вычисление рассогласования. Оперативным запоминающим блоком 15 производится запись значений Х по адресам, соответствующим адресам записи координат луча в блоке 19 ведения луча по стыку. В этом режиме так же как и

I в первом случае ключ 17 разомкнут, выходной сигнал сумматора 18 определяется выходным сигналом блока 19.

При сварке канал измерения положения луча относительно стыка, входящий в состав блока 19, исключается от контура управления и на его выходе воспроизводится информация, записанная в предыдущем режиме. Одновременно с этим на второй вход сумматора 18 через замкнутый ключ 17 поступает сигнал с выхода блока сравнения 16, определяемый разностью вход5977 6 к траектории пучка электронов в точке падения его на поверхность свариваемых деталей обусловленным магнит5 ным полем и компенсацию производят путем поворота луча на вычисленный угол.

2. Устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронно1О лучевую установку с приводами плоскопараллельного и углового перемещений луча, блок слежения луча по стыку свариваемых деталей и измеритель магнитного поля, отличающее с я

15 тем, что, с целью повышения качества сварки за счет повышения точности позиционирования луча, в него введены блок вычисления угла, блок управления и последовательно соединенные блоки вычисления рассогласования, запоминающий блок, блок сравнения, ключ и сумматор, причем выходы измерителя магнитного поля соединены с входами блоков вычисления рассогласования и

25 угла, выход последнего соединен с приводом углового перемещения, выход блока вычисления рассогласования подключен к второму входу блока сравнения, выходы блока управпения подключены соответственно к управляющему входу ключа, к второму входу запоминающего блока и через блок слежения луча по стыку свариваемых деталей— к второму входу сумматора, выход которого соединен с приводом плоскопараллельного перемещения.

1. Способ электронно-лучевой свари, при котором позиционируют луч по

1 тыку свариваемых деталей, измеряют агнитное поле, компенсируют влияие магнитного поля на отклонение уча, отличающийся тем, Ато с целью повышения качества сваР 4О ки за счет повышения точности позиционирования луча, вычисляют угол между плоскостью стыка и касательной

5 140 н х сигналов, один из которых идет с в ода запоминающего блока и характ ризует названное рассогласование в предыдущем режиме, а второй — с в хода блока 14 вычисления рассоглас вания в текущий момент времени. В. с учае ненулевой разности этих сиги ов, свидетельствующей об изменен и распределения В(Е), осуществляе ся коррекция положения луча путем с ммирования этой разницы с выходным с гналом блока 19. Суммарный сигнал п редается на привод 7, осуществляюсоответствующую коррекцию, При э ом угловая коррекция положения луа производится так же, как и в предущих случаях, Изобретение йозволяет компенсиовать обусловленный магнитным полем гол между плоскостью стыка и касаельной к траектории пучка электроов в точке падения его на поверхость свариваемых деталей. Данные параметрах магнитного поля полуают с помощью измерителя, позволяю— его наряду с измерением индукции роизводить измерение производной т индукции магнитного поля по растоянию пушка — свариваемые детали. ормула изобретения

3. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что измеритсль магнитного поля выполнен в виде датчиков индукции и производной индукции магнитного поля, подключенных к измерительно-преобразовательному блоку.

1405977

Составитель В.Грибова

Техред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Редактор Н. Горват

Тираж 921 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делац изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3141/14

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул . Проектная, 4