Способ регулирования температуры в электронно-лучевой установке

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл,Н 01 3 37/305Н 05 В 7/16С 05 О 23/19 с присоединением заявки Нов Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытий(53) УДК 621. 365. 913 :537.533(088.8) Опубликовано 151180; Бюллетень Йо 42 Дата опубликбваиия описания 1511,80(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ УСТАНОВКЕ Изобретение относится к электро-технике и может быть применено длянагрева объектов в электроннолучевойустановке,Известен способ нагрева объектов 5в электроннолучевых установках сиспользованием перераспределенияэнергии электронного пучка по поверхности объекта, реализованный вустройстве 111. Согласно этому способу создают по заданной программенаибольшую плотность тепловложенияв местах интенсивного теплоотводаи энергетической тени путем уменьшения скорости движения электронного 15пучка в соответствующих местах нагреваемой поверхности. Этот способ,однако, не позволяет достаточно точно поддерживать температуру на поверхности объекта, так как случайные ,"Явозмущения в процессе нагрева искажают заданное распределение температуры.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является спо%соб. регулирования температуры приэлектроннолучевом нагреве, реализованный в известном устройстве, согласно которому воздействуют на поверхность объекта нагрева движущим- Зо ся электронным пучком, при котором задают сигналы мощности пучка, скорости его перемещения и фокуси" ровки, измеряют распределение температуры на поверхности объекта, сравнивают измеренную температуру с заданным полем температур, по результату сравнения формируют сигнал рассогласования в любой точке поверхности и по нему изменяют мощйость и скорость движения пучка 2.Однако при регулировании темпера туры этим методом имеет место локальный перегрев под электронным пучком, сфокусированным на поверхность объекта в небольшое пятнопостоянного размера, и, как следствие этого, ускоренное испарение и ухудшение структуры материала Кроме того возрастают потери энергии электронного, пучка на испарение и излучение.Целью изобретения является улучшение качества объекта нагрева путем уменьшения локального перегрева и потерь металла на испарение.Поставленная цель, достигается тем, что формируют дополнительный усредненный по всей поверхности сигнал рассогласования, сравнивают его с указанным сигналом рассогласования,780079 за 60 формируют разностный сигнал, алгебра-ически складывают его с заданным си-гналом фокусировки и по суммарномусигналу управляют Фокусировкой элек тронного пучка,На 4;иг.1 (а,б,р,г,д,е,ж) изображены графики Формирования сигналауправления Фокусировкой электронногопучка на фиг. 1(з) - граФики распре деленйя интенсивности тепловложения в пятне энергетического воздействия в зависимости от текущей координаты центра этого пятна (принормальной мощности электронногопучка);на Фий.2 - пример устройства,реализующего предлагаемый способ.На фиг.1 приняты следующие обозначения: Х - пространственная коорди.ната,- размер нагреваемой поверх-ности объекта, Т - температура, Тхзаданная температура, Т - измеренная температура,О - сигнал рассогфласования, Ор - дополнительный ус-.редненный сигнал рассогласования,АО - разностный сигнал, ф- сигнал коррекции Фокусировки электронного пучка, ф- заданный сигнализменения Фокусировки электронногопучка, ф - суммарный сигнал изменения Фокусировки электронногопучка,Ч - плотность мощности тепловложения,д, -диаметр пятна энергетического воздействия , Х- текущая координата центра пятна энергетического воздействия(Х,= Х(с),Обозначения,принятые на Фиг.2;1 - электроннаяпушка, 2 - электронный пучок, 3объект нагрева, 4 - сканирующий пирометр, 5 " сравнивающее устройство,6 - задающий блок, 7 - блок Формирования сигнала управления мощностью электронного пучка,8 - блокформирования сигнала управления скоростью движения электронного пучка,9 - блок Формирования сигнала коррекции Фокусировки электронного пучка, 10 - программный блок,11 - отклоняющая система, 12 -"сумматор,13 - Фокусирующая система, 14 - пятно энергетического воздействия, 15кристаллизатор,Суть предлагаемого способа сводится к следующему (см,фиг.1). Заданное распределение температурыТф(Фиг.1 а) на поверхности объектапроцессе его нагрева в электроннолучевой установке постоянно искажается вследствие различных возмущающих Факторов (газовые выбросы с поверхности расплава, изменение условий теплообмена с окружани 1 ей средой,изменение ейлофйзическйхпостоянных материала и др.). Поэтому длястабилизации темературы на уровнезаданной измеряют действительноераспределение температуры Т(х)(Фиг.1 а) на поверхности объекта,сравнивают заданную температуру сизмеренной, по полученной раз 4/ности температур формируют сигнал О(х) (фиг.16) рассогласования. Сигнал рассогласования дополнительно1усредняют (О =) О (х)д), допол 0нительный усредненный сигнал О(Фиг.1 в) рассогласования сравнивают с сигналом рассогласования и получают разностный сигнал аО (х) (Фиг.1 г) пропорционально которому Формируют сигнал Ф(х) (фиг,1 д) коррекции Фокусировкй электронного пучка, Получаемый сигнал коррекции Фокусировки алгебраически складывают с заданным сигналом У(х) (Фиг.1 е) Фокусировки электронного пучка и по результирующему суммарному сигналу Ф(х) (Фиг.1 ж) управляют Фокусировкой электронного пучка,Алгоритм изменения параметров заданного сигнала Фокусировки электронного пучка предварительно рассчитывают на ЭВМ. Основной, исходной,предпосылкой для расчета являетсяминимизация (при неизменной мОщноср ти электронного пучка) плотности .мощности тепловложения в пятне энергетического воздействия (с цельюуменьшения локального перегрева иугара материала) при учете конкретных условий Нагрева - заданного распределения температуры, условийтеплообмена объекта с окружающейсредой,заданного закона движенияэлектронного пучка и др. Согласноэтойпредпосылке электронный пучок,движущийся по поверхности объекта,больше рассредотачивают (в пределахповерхности) на участках с меньшейтеплоотдачей, например, в центреобъекта. И, наоборот, рассредоточенность электронного пучка уменьшают на участках более интенсивного охлаждения, например, на краях объекта (см.фиг.1 з).Как показано граФически на Фиг.1 з4 распределение плотности мощности цтепловложения внутри пятна энергетического воздействия подчиняетсязакону нормального распределенияГаусса р (х)=ц ехр -Е (х-х 0)1,где ц(х 0 х - текущее значениеВюм "шмаксимума плотности мощности тепловложения в пятнеэнергетическоговоздействия,55 1 с = 1 с (х ,- текущее значениеокоэАфициента сосредоточенностиэлектронного пучка. КоэФФициент сосредоточенности связан с сигналом управления Фокусировкой электронного пучка пропорциональной зависимостью 1 (х) =)ф(х),где- коэффициент пропорциональности,Диаметр д пятна энергетического воздействия условно определен на уровне 5 от максимального значения.Предлагаемый способ может быть реализован в устройстве, изображенном на фиг,2, следующим образом. С помощьв электронной пушки 1 инжектируют электронный пучок 2 на поверхность объекта нагрева 3. Распределение температуры на поверхности объекта измерявт сканирувщим пирометром 4, а сигналы, соответствующие этой температуре, подают на сравнивающее устройство 5, Одновременно туда же поступают сигналы, соответствувщие заданной температуре, с задающего блока 6. В сравнивающем устройстве формируют сигналы рассогласования, которые затем подают в блок. 1 Формирования сигнала управления мощностьв электронного пучка, блок 8 формирования сигнала управления скоростью движения электронного пучка и блок 9 формирования сигнала коррекции фокусировки электронного пучка. В блоки 7 и 8, кроме сигналов рассогласования, поступают также заданные сигналы из программного блока 10. Сигналы управ/ления мощностью, сформированные в блоке 7, подают на электронную пушку для управления мощностью электронного пучка, а сигналы управления скоростьв, сформированные в блоке 8, подают на отклоняющую систему 11 для управления скоростью движения электронного пучка. В блоке 9 сигналы рассогласования усредняют, усредненные значения сравнивают с сигналом рассогласования и выделяют раэностные сигналы, пропор.ционально которым формируют сигналы коррекции фокусировки электронного пучка. Сигналы коррекции, а также заданные сигналы фокусировки, поступающие из программного блока 10, алгебраически складывают в сумматоре 12. Полученные суммарные сигналы подают на фокусирувщув систему 13 для управления фокусировкой электронного пучка.При использовании фокусировки электронного пучк в качестве управляющего воздействия в процессе регулирования температуры в электроннолучевых установках закон движения электронного пучка может быть достаточно простым, легко реализуемымаппаратурно, например, синусный,круговой, спиральный законы, законпострочной развертки и др.Применение предлагаемого способав процессах плавки металла в кристаллизаторах позволит получать болеекачественный металл за счет уменьшения локального перегрева и угараметалла или компонентов сплава),а также сократить потери энергии иметалла на испарение.Формула изобретения5.Способ регулирования температурыв электроннолучевой установке привоздействии на поверхность объектанагрева движущимся электронным пуч- Щ ком, при котором задают сигналы мощ ности пучка, скорости его перемещения и фокусировки, измеряют распределение температур на поверхностиобъекта, сравнивают измерение температуры с заданным полем температур,,по результату сравнения формируютсигнал раесогласования в любой точке поверхности и по нему изменяютмощность и скорость движения пучка,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью улучшения качества объектанагрева путем уменьшения локальногоперегрева и потерь металла на испарение, дополнительно усредняют повсей поверхности сигнал рассогласоЗ 5 вания, сравнивают его с указаннымсигналом рассогласования, Формируютразностный сигнал, алгебраическискладывают его с заданным сигналомфокусировки и по суммарному сигналуизменяют фокусировку электронногопучка.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе.ф 5 1. Рогачев Л.В. и др. Устройствоуправления распределением энергииэлектронного пучка по мишени. Материалы научно-технической конференции СКГИИ, Орджоникидзе, 1972,50 с.273-275,2. Авторское свидетельство СССР9 418836, кл. 6 05 0 25/02, 1972,"Патент жгород, уй; Проектная,4 Филиал аказ 9335/18 Тираж 844 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, РаушсПодписномитета СССРоткрытийая наб д.4/5