Устройство для электронно-лучевой сварки

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРКИ, содержащее электронно-лучевую пушку, систему отклонения луча вдоль направления сварки с генератором колебаний, систему отклонения луча поперек направления сварки с генератором пилообразных колебаний с соотношением частот колебаний генераторов, равным 2 : 1, и системы управления токами фокусирующей линзы и луча с источниками питания, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения путем регулирования термического цикла в зоне сварки и улучшения формирования сварного шва, генератор колебаний системы отклонения луча вдоль направления сварки выполнен с возможностью изменения тока по закону
I = I_max |sinft| ,
где I - ток источника генератора колебаний;
I_max - амплитуда значения тока;
f - частота колебаний;
t - время,
, а источники питания систем управления токами фокусирующей линзы и луча выполнены в виде генераторов пилообразных колебаний с частотой, равной частоте колебаний генератора системы отклонения луча вдоль направления сварки.

Изобретение относится к электроннолучевой сварке, в частности, к оборудованию для ее выполнения.
Известно устройство для электроннолучевой сварки, содержащее электроннолучевую пушку, систему перемещения луча вдоль и поперек направления сварки и систему управления токами фокусирующей линзы и луча.
Недостатком устройства является невозможность его использования для регулирования термического цикла в зоне сварки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для электроннолучевой сварки, содержащее электроннолучевую пушку, систему отклонения луча вдоль направления сварки с генератором колебаний, систему отклонения луча поперек направления сварки с генератором пилообразных колебаний с соотношением частот колебаний генераторов, равным 2:1, и системы управления токами фокусирующей линзы и луча с источниками питания.
Недостатком устройства является невысокое качество сварного соединения из-за невозможности регулирования термического цикла в зоне сварки и некачественного формирования сварного шва.
Целью изобретения является повышение качества сварного соединения путем регулирования термического цикла в зоне сварки и улучшения формирования сварного шва.
Поставленная цель достигается благодаря тому, что в устройстве для электроннолучевой сварки, содержащем электроннолучевую пушку, систему отклонения луча вдоль направления сварки с генератором колебаний, систему отклонения луча поперек направления сварки с генератором пилообразных колебаний с соотношением частот колебаний генераторов, равным 2;1, и систему управления токами фокусирующей линзы и луча с источниками питания, генератор колебаний системы отклонения луча вдоль направления сварки выполнен с возможностью изменения тока по закону i=I_mах(sinft), где I - ток источника генератора колебаний;
I_mах - амплитудное значение тока;
t - время;
f - частота колебаний, а источники питания систем управления токами фокусирующей линзы и луча выполнены в виде генераторов пилообразных колебаний с частотой, равной частоте колебаний генератора системы отклонения луча вдоль направления сварки.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 и 5 - кривые изменения тока системы отклонения луча в направлении сварки и поперек этого направления, а также тока фокусировки луча; на фиг.3 и 6 - траектории луча на поверхности изделия при воздействии систем отклонения луча; на фиг.4 и 7 - кривые изменения удельной плотности теплового потока в пятне нагрева в направлении осей Х и Y.
Устройство содержит электроннолучевую пушку (на чертеже не показана), систему 1 отклонения луча вдоль направления сварки с генератором колебаний (на чертеже не показан), систему 2 отклонения луча поперек направления сварки с генератором пилообразных колебаний (на чертеже не показан) с соотношением частот колебаний генераторов, равным 2:1, и систему 3 и 4 управления токами фокусирующей линзы и луча с источниками питания (на чертеже не показан). Генератор колебаний системы 1 отклонения луча вдоль направления сварки выполнен с возможностью изменения тока по закону I=I_mах(sinft). Источники питания системы 3 и 4 управления токами фокусирующей линзы и луча выполнены в виде генераторов пилообразных колебаний с частотой, равной частоте колебаний генератора системы 1 отклонения луча вдоль направления сварки. В качестве исполнительных механизмов перемещения луча вдоль и поперек направления сварки используют катушки 5 и 6 (фиг.1).
Устройство работает следующим образом.
Стол (на чертеже не показан) перемещают в вакуумной камере вдоль оси Х.
Форма пятна нагрева образуется при сложении колебаний луча в направлении осей Х и Y (фиг.3). Генератор системы 1 отклонения луча в направлении сварки вырабатывает ток I_х, изменяющийся по закону (кривая 7 фиг.2):
I_х=I_mах/sinft/.
При включении этой системы электронный луч совершает колебательные движения вдоль оси Х с амплитудой А_х (фиг.3). Генератор колебаний системы 2 отклонения луча поперек направления, вырабатывает ток I_y, изменяющийся по закону пилообразных колебаний (кривая 8 фиг.2). Форма кривой пилообразных колебаний имеет вид симметричных треугольников. При включении этой системы отклонения электронный луч совершает колебательные движения оси Y с амплитудой А_y (фиг.3). При одновременном включении обеих систем 1 и 2 отклонения электронный луч будет совершать синхронизированные колебания по двум ортогональным направлениям. В результате сложения этих колебаний траектория электронного луча имеет вид, изображенный пунктирной линией 9 (фиг.3).
При сдвиге начальной фазы пилообразных колебаний тока I_y и /2 (кривая 10 фиг. 5) в результате сложения колебаний траектория электронного луча на поверхности изделия изменяется (пунктирная линия 11 фиг.6). Эти траектории электронного луча (пунктирные линии 9 и 11) определяют два различных по форме пятна 12 нагрева.
Для изменения площади пятна 12 нагрева и плотности теплового потока (q₁) в нем по координатам Х и Y регулируют токи фокусирующей линзы и луча. При подключении к системе 3 управления током фокусирующей линзы (фиг.1) генератора пилообразных колебаний тока I_ф (кривая 13 фиг.2) пятно нагрева 14 будет иметь форму полос 15, расширяющихся в хвостовой части (фиг.3). Плотность теплового потока в пятне нагрева такой формы уменьшается к хвостовой части с удалением от оси шва из-за увеличения диаметра электронного луча на поверхности изделия.
При подключении генератора пилообразных напряжений к системе 4 управления током луча изменение тока I_л луча будет определяться кривой 15 (фиг. 2). При этом изменяется плотность теплового потока в пятне нагрева вдоль осей Х и Y из-за колебаний тока I_л луча. Изменение теплового потока в направлении хвостовой части пятна нагрева и в направлении оси Y при пилообразных колебаниях тока I_л луча определяется кривыми 16 и 17 (фиг.4).
Если траектория электронного луча имеет вид, изображенный линией 11 (фиг. 6), то при пилообразном изменении тока I_ф (кривая 18 фиг.5) также получают пятно нагрева с расширяющимися к хвостовой части полосами 19 (фиг. 6). Включением системы 4 управления током луча, содержащий генератор пилообразных колебаний, колебания тока луча (кривая 20 фиг.5) также обеспечивают изменение плотности теплового потока вдоль осей Х и Y, кривые 21 и 22 (фиг. 7).
При сдвиге начальных фаз колебаний токов I_ф и I_л при соответствующих амплитудах этих колебаний обеспечивают постоянную плотность теплового потока при расширяющихся к хвостовой части полосах 13 и 19 пятна нагрева.
Получаемые при помощи устройства два различных по форме пятна нагрева с изменяющейся плотностью теплового потока по двух координатах значительно расширяют возможности управления тепловым процессом сварки при различных теплофизических свойствах свариваемых металлов и толщинах сварных соединений, что позволяет регулировать термический цикл в зоне сварки, улучшить формирование сварного шва и, как следствие, повысить качество сварного соединения.
Устройство, по сравнению с базовым объектом, являющимся прототипом, обеспечивает повышение качества сварного соединения за счет возможности регулирования термического цикла в зоне сварки и улучшения формирования шва.