Способ электронно-лучевой сварки и устройство для его осуществления

(594 В 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1980,1972, В 1,во СССР/00, 1985. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ СВАРСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ(54) СПОСО КИ И УСТРО НИЯ (57) Изобртронно-луч к сйстемам тение относится к элеквой сварке, в частностиведения электронного луч ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Автоматическая сварка, 1982,В 1, с.33-39.Патент США У 4223200,кл. В 23 К 15/00, опублик.Автоматическая сварка,с,40-42.Авторское свидетельстВ 1123183кл, В 23 К 15 по стыку свариваемых деталеи. Цельизобретения - повышение качествасварки за счет повышения точностипозиционирования луча. Это достигается тем, что измеряются значения магнитной индукции и ее производной между пушкой и свариваемыми деталями,вычисляют угол между осью пушки икасательной к траектории пучка электронов в точке падения на свариваемую поверхность, который образуетсяот 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, ключи сумматор. Изобретение позволяеткомпенсировать погрешность, обусловленную паразитными магнитными полями2 с.и 1 з.п, ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электронно-лучевой сварке, в частности к системам ведения электронного луча по стыку свариваемых деталей.5Цель изобретения - повышение качества сварки за счет повышения точности позиционирования луча.На фиг, 1 показана схема отклонения пучка электронов под действием 10 магнитного поля; на фиг.2 - функциональная схема устройства.Электронно-лучевой пушкой 1 (фиг, 1) формируется пучок 2 с начальной скоростью электронов Ч, определяемой 15 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 К с центром в точке О (положение 1 электронно-лучевой пушки). Наличие кривизны 1/Р траектории луча 25 приводит на длине Ь к появлению угла 0 между осью пушки и касательной 3 к траектории пучка электронов в точке падения его на свариваемую поверхность. Если указанная составляющая 3 О магнитного поля направлена вдоль стыка 4 свариваемых деталей 5 (перпендикулярно плоскости чертежа), то угол О равен углу между плоскостью стыка и названной касательной 3 и при точном позиционировании луча по стыку верхних кромок (положение 1) обуславливает погрешность 0 совмещения луча со стыком в корне шва, где - толщина свариваемых кро- о мокПогрешность 3 приводит к частичному несплавлению Ь свариваемых плоскостей и отрицательно сказывается на качестве сварного соединения.По результатам измерения параметров магнитного поля, направленного вдоль стыка свариваемых деталей, вычисляют угол В и осуществляют поворот луча до нулевого значения угла В (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 О О отмечены центры окружностеи,и э юпредставляющих траектории пучка электронов в соответствующих положениях электронно-лучевой пушки.угол О определяется выражением ЕеВ=шО В(Е)ДЕ где е - заряд электрона;ш - масса электрона;ч - скорость электронов в пучке, В(Е) - закон распределения магнитной индукции в пространствепушка-свариваемые детали; ОгсЬ Точки Е = О и Е = Ь находятся науровне фокусирующей системы и на поверхности свариваемых деталей соответственно.Для расчета угла 0 необходимоэнать закон распределения индукцииВ(г), определяемый известными математическими методами,В состав устройства (фиг,2) входятэлектронно-лучевая установка 6 с приводами 7 и 8 плоскопараллельного иуглового перемещения луча соответственно, измеритель 9 магнитных полейс датчиками 10, 11 и измерительнопреобразовательным блоком 12, блоки13 и 14 вычисления угла и рассогласования соответственно, запоминающийблок 15, блок сравнения 16, ключ 17,сумматор 18, блок 19 введения лучапо стыку свариваемых деталей, блокуправления 20,Применение двух датчиков, измеряющих индукции магнитного поля в двухточках (г = О и Е = Е,), позволяетопределить точное значение угла 6.при действии однородного и линейногонеоднородного магнитных полей.С целью увеличения точности определения угла Г в условиях нелинейногораспределения В(Е) и ограниченногоколичества точек измерения измеритель9 магнитных полей выполнен по схемеизмерения индукции и производной отиндукции магнитного поля и содержитсоответствующие датчики 10 и 11, соединенные с измерительно-преобразовательным блоком 12,Повышение степени полинома, аппроксимирующего закон распределенияВ(Е), приводит к повышению точностиопределения угла,Изменение названных параметровмагнитного поля может производитьсяферрозондовыми датчиками, включенны 314059ми по схеме измерения индукции и схеме градиентометра.Блоки 13 и 14 вычисления угла ирассогласования, а также запоминающий блок 15, блок сравнения 16, ключ17, сумматор 18, блок управления 20реализуются на базе микропроцессорных средств с устройствами ввода-вывода, включающими в себя аналого-цифОровые и цифроаналоговые преобразователи, интерфейс связи и усилителидля формирования достаточных по мощности управляющих сигналов,Моменты соответствующих командблока управления формируются либосинхроимпульсами программируемых таймеров, входящих в состав микропроцессорных средств, либо сигналами прерываний, поступающими, напримеР, с датОчика перемещений свариваемых деталей,входящих в состав электронно-лучевойустановки или с ручных коммутационныхэлементов, входящих в блок управления. Обычно блоком управления в микропроцессорных средствах являетсяцентральный процессор.Приводы 7 и 8 плоскопараллельногои углового перемещения луча могутбыть заменены электронно-магнитнойотклоняющей системой, состоящей издвух пар отклоняющих катушек, полюсакоторых разнесены в направлении осиэлектронной пушки.В зависимости от типа блока 19ведения 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 входблока 13 вычисления угла поступаетинформация о параметрах составляющеймагнитного поля, направленной вдольстыка свариваемых деталей.На выходе блока 13 формируетсяуправляющий сигнал, который поступаетна привод 8, осуществляющий угловоеперемещение луча до нулевого значенияугла В . Рассогласование Х (фиг. 1)положений луча и стыка, связанное с 55угловой коррекцией, компенсируетсяприводом 7, который управляется вэтом режиме блоком 19 ведения луча 774по стыку через сумматор 18. При этомключ 17 разомкнут и сигнал на выходесумматора определяется только сигналом средств направления луча по стыкуВ случае применения блока веденияс предварительной записью программыкоррекции положения луча относительно стыка (2) с целью учета измененияраспределения В(2), вызванного различными технологическими условиямирежимов записи программы и сварки,одновременно с записью координат положения луча, осуществляемого блокомведения луча по стыку в автоматическом режиме слежения на малом токелуча, производят запись рассогласований положений луча и стыка, обусловленных угловой коррекцией.Для расчета названного рассогласования необходимо определить величину Й - отклонения пучка электроновот оси пушки на поверхности сварива"емых деталей (фиг. 1), а затем, в зависимости от типа средств перемещениялуча (приводы 7 и 8), найти рассогласование,В случае, показанном на фиг. 1,рассогласование определяется соотношениемХ= 2 с 1Величина Й находится из выражения2 га = --В(г)а 2,12пп0 оВ 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 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 6к траектории пучка электронов в точке падения его на поверхность свариваемых деталей обусловленным магнит ным полем и компенсацию производятпутем поворота луча на вычисленныйугол.2. Устройство для электронно-лучевой сварки, содержащее электронно лучевую установку с приводами плоскопараллельного и уГлового перемещенийлуча, блок слежения луча по стыкусвариваемых деталей и измеритель магнитного поля, о т л и ч а ю щ е е с я 15 тем, что, с целью повышения качествасварки за счет повышения точности позиционирования луча, в него введеныблок вычисления угла, блок управления и последовательно соединенныеблоки вычисления рассогласования, запоминающий блок, блок сравнения, ключи сумматор, причем выходы измерителямагнитного поля соединены с входамиблоков вычисления рассогласования и 25 угла, выход последнего соединен сприводом углового перемеЩения, выходблока вычисления рассогласования подключен к второму входу блока сравнения, выходы блока управпения подключены соответственно к управляющемувходу ключа, к второму входу запоминающего блока и через блок слежениялуча 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 тыку свариваемых деталей, измеряют агнитное поле, компенсируют влияие магнитного поля на отклонение уча, о т л и ч а ю щ и й с я тем, то, с целью повышения качества сваР 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 случаяхИзобретение йозволяет компенсиовать обусловленный магнитным полем гол между плоскостью стыка и касаельной к траектории пучка электроов в точке падения его на поверх- ость свариваемых деталей. Данныепараметрах магнитного поля полуают с помощью измерителя, позволяюего 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.